» » Оценка прочности материала детали

Оценка прочности материала детали

1 054 0 websat

Оценка прочности материала детали

БОЛЬШИНСТВО деталей машин при работе испытывает действие различных статических и динамических нагрузок. Поэтому они должны иметь высокие значения различных характеристик прочности, к которым относятся: статическая прочность при изгибе, усталостная и контактная выносливость, жесткость, твердость, износостойкость и др.

В свою очередь прочность деталей определяется комплексом показателей: химическим составом материала, микроструктурой поверхностного слоя и сердцевины, твердостью (микротвердостью) этих зон деталей, поверхностной концентрацией элементов после химико-термической обработки, толщиной упрочненного слоя и характером распределения твердости по сечению деталей в случае применения поверхностных и поверхностно-объемных методов упрочнения (ППД, закалка с нагревом ТВЧ, ХТО), размером зерна в поверхностных слоях и сердцевине.

Обобщенным и наиболее распространенным способом оценки распределения прочности (структуры) по сечению деталей является оценка распределения микротвердости по их сечению. Например, для цементованных зубчатых колес обычно стремятся получить распределение микротвердости по схеме, приведенной на рис. 15.8, а. Считают, что при таком распределении прочности, например, по сечению зубьев, должна обеспечиваться требуемая долговечность зубчатых колес. Однако эта схема, как правило, не реализуется из-за образования в поверхностных слоях различных дефектов (внутреннее окисление, структура немартенситного типа, темная составляющая) и поэтому микротвердость (прочность) распределяется по слою.

Однако следует отметить, что в настоящее время ни один из известных показателей отдельно не позволяет надежно оценивать прочность и долговечность деталей. Убедительным примером отсутствия надежной зависимости между конструкционной прочностью ведомого зубчатого колеса из стали 23ХН2М и отдельными показателями оценки их свойств являются данные.

Видно, что между такими широко используемыми показателями, как общая толщина поверхностного слоя (до структуры сердцевины) и твердость сердцевины, с одной стороны, и крутящим моментом при испытании заднего моста и нагрузкой на выламывание зуба при испытании на стенде — с другой, надежной связи нет. Поэтому на практике оценку эксплуатационных свойств деталей обычно производят с применением сразу нескольких показателей; причем конкретное сочетание этих показателей зависит от конкретных условий нагружения деталей при эксплуатации.

Однако хорошо известно, что набор показателей независимо от их числа также не позволяет надежно оценивать прочность и долговечность деталей. Такая ситуация показывает, что распространенная в настоящее время система оценки работоспособности деталей не всегда адекватна рабочим нагрузкам при их эксплуатации. Прежде всего, надо помнить, что оценка свойств готовых деталей только по характеристикам стандартных механических испытаний после стандартной термической обработки (очень часто не такой, которая используется для конкретной детали) ненадежна и не объективна. Во-первых, потому, что по свойствам, определяемым для одной детали (образец для испытаний следует считать деталью стандартной формы и размеров), оценивают свойства совершенно другой детали, например, зубчатого колеса, коленчатого вала. В связи с этим такие испытания следует рассматривать только как оценку качества исходного материала деталей. Во-вторых, материал детали в процессе ее изготовления и упрочнения испытывает многократные изменения и его конечные свойства принципиально отличаются от исходных свойств. При этом трудной задачей является обеспечение стабильности микроструктуры и свойств деталей (сегодня ресурс одинаковых деталей может различаться в 10 и более раз).

Поэтому снижение разброса свойств деталей является одним из основных и реальных путей повышения надежности и долговечности деталей, узлов, агрегатов и всего автомобиля. При решении этого вопроса следует помнить, что дисперсия свойств деталей объясняется вероятностным характером формирования структуры, напряженного состояния, комплекса физико-механических свойств (см. раздел 1.1).

Основными причинами этой дисперсии являются:

 разброс исходных свойств используемых материалов;

 нестабильность параметров упрочнения деталей (микроструктуры, твердости, толщины упрочненного слоя и т. п.).

Между тем, 612 последняя характеристика очень широко используется для оценки свойств сталей и во многих случаях является определяющей при выборе конкретной марки стали (особенно для деталей, работающих при низких температурах). Существенно зависит она и от режимов химико-термической обработки (см. табл. 15.2). Видно, что ударная вязкость цементованных и нитроцементованных сталей значительно изменяется и по сравнению с ее исходным значением, и в зависимости от режимов химико-термической обработки.

 

Эти данные свидетельствуют, что величина ударной вязкости для указанных сталей изменяется в широких пределах — до 10 раз. При этом значение ударной вязкости сталей после окончательной химико-термической обработки во много раз меньше исходного значения. Это показывает, что выбор марки стали только по значению ее ударной вязкости в исходном состоянии может быть ошибочным.

Комментарии