Внутрішні напруги в загартованої сталі
Неоднакове розподіл температур по перетину виробу при швидкому охолодженні супроводжується і нерівномірним зміною обсягу. Поверхневі шари стискаються швидше, ніж внутрішні. Однак стиску поверхневих шарів перешкоджають внутрішні шари. Це призводить до того, що в поверхневих шарах утворюються тимчасові (т, е. Зникаючі після зняття навантаження) розтягують, а у внутрішніх шарах - стискають напруги.
Після того як поверхня охолоне і зміна обсягу припиниться, серцевина ще буде відчувати теплове стиснення. Внаслідок цього напруження почнуть зменшуватися, і в певний момент станеться ізме¬неніе знака напружень на поверхні і в серцевині. Після остаточного охолодження на поверхні виходять залишкові напруги стиску, а в серцевині - напруги розтягнення (мал.1а). Поява залишкових напруг є результатом того, що тимчасові напруги викликають не тільки пружну, але також в тій чи іншій мірі неодночасно і неоднакову пластичну деформацію шарів по перетину.
Рис.1. Схема епюри залишкових напружень:
а - теплові; б - структурні; в - сумарні
Розглянемо тепер умови утворення структурних напружень при повній прокаливаемости. При цьому теплові напруги умовно враховуватися не будуть.
При загартуванню стали одночасно виникають як теплові, так і структурні напруги, які підсумовують (рис.1в). В даній схемі теплові напруги перевищували структурні, тому на поверхні утворилися напруги стиснення. Однак в залежності від співвідношення між тепловими і структурними напруженнями можуть вийти різні епюри сумарних напружень, а в поверхневих шарах напруги можуть мати різний знак і різну величину. У багатьох випадках величина фазових напруг більше, ніж теплових.
Залишкові напруги, отримані після гарту, не характеризують напруги, що виникають при охолодженні (нагріванні) стали. Залишкові напруги завжди менше тимчасових напруг, що утворюються в процесі охолодження.
Якщо величина напружень перевищує опір відриву і метал мало пластичний, то напруги не можуть бути зменшені пластичною деформацією. Це викликає утворення тріщин. Найбільш небезпечні при цьому розтягують напруги на поверхні, які сприяють утворенню тріщин і знижують межа витривалості стали.
Розтягують напруги виникають в основному внаслідок структурних напружень, які потрібно прагнути зменшити. Структурні напруги тим більше, чим вище температура гарту і швидкість охолодження в інтервалі температур Мн і Мк. Для зниження структурних напруг потрібно сповільнювати швидкість охолодження нижче точки Мн і уникати перегріву стали.
ЛІТЕРАТУРА
- Матеріалознавство / Ю.М. Лахтін, В.П. Леонтьєва. - М. Машинобудування. 1980. - 493 с.