Меню

Внутреннее напряжение стали это

ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ЗАКАЛКЕ

1. Тепловые напряжения.

2. Фазовые напряжения.

3. Изотермическая закалка.

4. Закалочные среды.

При закалке металлов возникают внутренние напряжения. Причины могут быть различными. Неравномерное охлаждение поверхности и сердцевины изделий вызывает напряжения, называемые тепловыми. Из-за изменений объема, а также неоднородности протекания мартенситного превращения по объему изделия возникают напряжения, называемые структурными или фазовыми.

Тепловые напряжения для процесса охлаждения отожженной стали от температуры ниже Ас1 (727 0 С) характерны. Только фазовые напряжения в этом случае отсутствуют.

При быстром охлаждении распределение температур по сечению изделия неодинаково и изменение объема также неравномерно. Поверхностные слои сжимаются быстрее, чем внутренние. Но, этому процессу препятствуют внутренние слои, вследствие чего в поверхностных слоях образуются временные (исчезающие после снятия нагрузки) растягивающие напряжения. Во внутренних слоях одновременно возникают сжимающие напряжения. Даже тогда, когда поверхность охладится и прекратится изменение объема, сердцевина еще будет испытывать тепловое сжатие. Напряжения начнут уменьшаться, и, в какой-либо момент произойдет изменение знака напряжений на поверхности и в сердцевине.

После окончательного охлаждения на поверхности получаются остаточные напряжения сжатия, а в сердцевине – напряжения растяжения (рис. а).

Эпюры остаточных напряжений:

а) тепловые б) структурные в) суммарные

Появление остаточных напряжений – это результат того, что временные напряжения вызывают как упругую, так и пластическую деформацию слоев по сечению.

Отпуск — процесс термической обработки, состоящий в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки Ас1), выдержке при этой температуре и последующем охлаждении (обычно на воздухе). Цель отпуска — получение более устойчивого структурного состояния, устранение или уменьшение напряжений, повышение вязкости и пластичности, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали (рис. 43). Правильное выполнение отпуска в значительной степени определяет качество закаленной детали. Температура отпуска варьируется в широких пределах — от 150 до 700°С в зависимости от его цели. Различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск характеризуется нагревом в интервале 150-250°С, выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе. Он выполняется с целью получения структуры мартенсита отпуска и для частичного снятия внутренних напряжений в закаленной стали с целью повышения вязкости без заметного снижения твердости. Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей, после цементации и т. д.

Рисунок 11.1 – Влияние температуры отпуска на механические свойства стали 40

Средний отпускпроизводится при температурах 300-500°С для получения структуры троостита отпуска. Твердость сталей заметно понижается, вязкость увеличивается. Этот отпуск применяют для пружин, рессор, а также инструмента, который должен иметь значительную прочность и упругость при достаточной вязкости.

Высокий отпуск выполняется при температурах 500-650°С. В процессе высокого отпуска мартенсит распадается с образованием структуры сорбита отпуска. Эта структура обеспечивает лучшее сочетание прочности и пластичности стали. В сорбите отпуска цементит приобретает зернистую форму в отличие от сорбита, полученного после нормализации, в котором цементит имеет пластинчатое строение. Благодаря этому существенно повышается ударная вязкость при одинаковой или даже более высокой твердости, по сравнению с нормализованной сталью. Применяется этот вид отпуска для деталей из конструкционных сталей, работающих при ударных нагрузках.

Закалку стали с последующим высоким отпуском называютулучшением. Конструкционные стали 35, 45, 40Х в результате улучшения получают более высокие механические свойства.

Читайте также:  Стабилизатор напряжения регулируемый отрицательной полярности

Источник



Внутренние напряжения

Энциклопедический словарь по металлургии. — М.: Интермет Инжиниринг . Главный редактор Н.П. Лякишев . 2000 .

Смотреть что такое «Внутренние напряжения» в других словарях:

ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ — остаточные напряжения в отливке, приводящие к ее деформации, а иногда к разрушению. Различают внутренние напряжения первого рода термические напряжения, возникающие между отдельными зонами сечения и между различными частями детали из за… … Металлургический словарь

внутренние напряжения — ГОСТ Р 54480 2011 внутренние (остаточные) напряжения Напряжения, возникающие в прокате, которые частично могут сохраниться после окончания термической обработки. Максимальный зазор между двумя частями стальной полосы при их соединении по линии… … Металлургия. Терминология ГОСТ

внутренние напряжения — [internal stresses] 1. Напряжения, возникающие между микро или макроэлементами изделия (полуфабриката) вследствие воздействия на него внешних (при обработке давлением) или внутренних (при тепловом воздействии, фазовом превращении) сил, вызывающих … Энциклопедический словарь по металлургии

Внутренние факторы коррозии — факторы, влияющие на скорость, вид и распределение коррозии, связанные с составом, структурой, внутренними напряжениями в металле и состоянием поверхности. Источник: snip id 5429: Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

внутренние факторы коррозии — Факторы, влияющие на скорость, вид и распределение коррозии, связанные с природой металла (состав, структура, внутренние напряжения, состояние поверхности). [ГОСТ 5272 68] Тематики коррозия металлов … Справочник технического переводчика

Внутренние факторы коррозии — – факторы, влияющие на скорость, вид и распределение коррозии, связанные с природой металла (состав, структура, внутренние напряжения, состояние поверхности). [ГОСТ 5272 68] Рубрика термина: Виды испарений Рубрики энциклопедии: Абразивное… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

внутренние (остаточные) напряжения — 3.9 внутренние (остаточные) напряжения: Напряжения, возникающие в прокате, которые частично могут сохраниться после окончания термической обработки. Максимальный зазор между двумя частями стальной полосы при их соединении по линии реза после… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Напряжения — [stresses] (Смотри тж. Напряжение): Смотри также: фазовые напряжения термические напряжения пиковые напряжения остаточные напряжения … Энциклопедический словарь по металлургии

ВНУТРЕННИЕ СИЛЫ — силы напряжения, упругие силы (Internal force) силы, возникающие в деформируемом упругом теле. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

НАПРЯЖЕНИЯ ОСТАТОЧНЫЕ — доля (см.) внутри тела, которая сохраняется во времени после снятия внешних воздействий в отличие от внешних напряжений, вызванных непосредственно приложением внешних сил и исчезающих с их удалением. Н. о. приобретаются телом в случае, когда… … Большая политехническая энциклопедия

Источник

6. КАК И ПОЧЕМУ ВОЗНИКАЮТ ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ЗАКАЛКЕ.

Напряжения 1-го рода. Напряжения 2-го рода. Напряжения 3-го рода.

При закалке возникают внутренние напряжения, которые по величине могут быть настолько большими, что это приводит к трещинам и разрушению стали без всякого дополнительного воздействия. Коробление деталей — это также результат воздействия внутренних напряжений. Различают три рода внутренних напряжений.

Напряжения 1-го рода. Единственная причина возникновения таких напряжений — неравномерность охлаждения деталей при закалке. Как мы уже видели, поверхностные слои металла охлаждаются быстрее, внутренние — медленнее; тонкие части детали охлаждаются быстрее, массивные — медленнее. Почему же это приводит к внутренним напряжениям? Представим себе кольцо, в которое плотно вставлен стержень (рис. 20). Поместим такой стержень с кольцом в печь и разогреем до закалочной температуры. Теперь выгрузим их из печи и начнем холодным водяным душем поливать кольцо. При понижении температуры объем тела, как известно, уменьшается (тело сжимается). Следовательно, и кольцо при охлаждении должно уменьшиться по объему, а значит и по диаметру. Но стержень препятствует этому, так как температура его почти не изменилась, а значит и диаметр остался прежним. В этих условиях кольцо начинает давить на стержень, сжимая его со всех сторон. Поэтому в стержне и возникают сжимающие напряжения. Кольцо же при этом может даже разорваться. Нечто подобное может произойти при насаживании горячей обечайки на бочку. Таким образом, в кольце возникают растягивающие напряжения.

Читайте также:  Способы снятия напряжения перед экзаменом

Возникновение внутренних напряжений при закалке

Рис. 20. Возникновение внутренних напряжений при закалке

Аналогичная картина получается при закалке сплошной детали цилиндрической формы (рис. 21).

Возникновение термических напряжений при закалке цилиндрической детали

Рис. 21. Возникновение термических напряжений при закалке цилиндрической детали

Наружная поверхность ее в виде кольцевого слоя охлаждается быстро и уменьшается в объеме. Внутренняя же зона охлаждается замедленно и потому препятствует сжатию наружного кольцевого слоя. В результате внутренняя зона металла окажется сжатой, а наружная — растянутой. В последующий период внутренняя зона, охлаждаясь, уменьшится в объеме и потянет к центру наружный кольцевой слой, стремясь уменьшить его диаметр. Но металл снаружи уже остыл и потому утратил пластичность. Теперь наружная зона играет роль жесткого кольца, которое уже не может уменьшиться по диаметру. Поэтому в заключительный период охлаждения в наружных слоях металла возникнут сжимающие напряжения. Внутренняя же зона металла, будучи связана с наружными слоями, не сможет уменьшиться в объеме, хотя и будет стремиться к этому. В результате в ней возникнут растягивающие внутренние напряжения. Растягивающие напряжения являются более опасными, чем сжимающие. При закалке массивных деталей, когда различие в температуре внутренних и наружных слоев достигает значительной величины, такие напряжения могут вызвать трещины или даже привести к полному разрушению металла, как это, например, бывает при закалке молотовых штампов.

Внутренние напряжения 1-го рода, как теперь уже ясно, вызываются объемными изменениями металла при понижении или повышении температуры, и потому их называют термическими напряжениями.

Напряжения 2-го рода. Такие напряжения вызываются структурными изменениями при закалке. Как уже указывалось, различные структуры стали имеют различный удельный объем: мартенсит — максимальный, аустенит — минимальный, перлит — средний между ними.

Представим себе цилиндрическую деталь из углеродистой стали, которая прокаливается не насквозь. Тогда после закалки в наружном кольцевом слое такой детали будет мартенситная структура, а в центральной части — перлитная. При образовании мартенсита объем стали возрастает, и поэтому наружное мартенситное кольцо будет стремиться увеличиться в диаметре. Но этому препятствует центральная зона, стремясь стянуть кольцо к центру. В результате в наружном мартенситном слое металла возникнут сжимающие напряжения, а в центральной зоне, наоборот,— растягивающие.

Эти напряжения также связаны с изменениями объема металла, но такие изменения в данном случае вызваны структурными превращениями. Поэтому и напряжения называются структурными.

Читайте также:  Напряжение испытания изоляции ваттметра

Таким образом, окончательная картина распределения внутренних напряжений весьма сложная и зависит от соотношения термических и структурных напряжений в данном участке детали.

Напряжения 3-го рода. Это напряжения, возникающие в атомной решетке. Мы уже знаем, что в атомной решетке по различным причинам могут возникать искажения с нарушением правильного порядка расположения атомов, например дислокации. Дислокацию можно рассматривать как лишнюю плоскость, вклинившуюся между двумя соседними плоскостями и как бы распирающую атомную решетку в этом месте. Атомы, расположенные в прилегающих к дислокации плоскостях, сдвигаются из своего нормального (равновесного) положения в данной решетке. Стремление этих атомов к упорядоченному расположению и вызывает появление внутренних межатомных напряжений. Мартенситная структура, возникающая в стали после закалки, характеризуется большим числом дислокаций. Кроме того, мартенсит имеет атомную решетку, в которой между атомами железа расположены атомы углерода (см. рис. 9). Это приводит к распиранию решетки, к ее искажению, а следовательно, также вызывает внутренние межатомные напряжения.

Подводя итог всему сказанному, следует ответить на вопрос — всегда ли внутренние напряжения являются опасными и нежелательными? Нет, в ряде случаев они являются полезными и способствуют повышению прочности деталей. Такое благоприятное действие оказывают, например, сжимающие напряжения на поверхности деталей. Поясним это. Представим себе динамометр (силоизмеритель), который растягивают два человека в разные стороны с помощью тросов (рис. 22).

Схема, поясняющая роль внутренних напряжений

Рис. 22. Схема, поясняющая роль внутренних напряжений

Предположим, что стрелка динамометра показывает при этом растягивающее усилие, равное 50 кгс. Если теперь еще два человека возьмутся за тросы и будут их тянуть к динамометру, прикладывая усилие 30 кгс, то стрелка на нем покажет 20 кгс. Аналогично действуют внутренние сжимающие напряжения, образующиеся в деталях при закалке. Например, если к стержню приложить растягивающие усилия, которые создадут в нем напряжения 40 кгс/мм 2 , и если в этом стержне внутренние сжимающие напряжения, полученные путем закалки, равны 15 кгс/мм 2 , то напряжения, растягивающие в действительности стержень, составят 25 кгс/мм 2 . Таким образом, внутренние напряжения в данном случае как бы разгружают стержень от внешнего напряжения.

Почему же именно у поверхности внутренние сжимающие напряжения оказываются особенно полезными? Во-первых, максимальные напряжения при работе детали возникают почти всегда у поверхности. Во-вторых, наиболее опасными являются растягивающие напряжения, особенно при наличии каких-либо дефектов на поверхности. Это наглядно иллюстрирует следующий пример. Возьмем школьный резиновый ластик для стирания и сделаем на нем с двух сторон небольшие поперечные надрезы. Теперь, сдавливая двумя пальцами с торцовых сторон этот ластик, изогнем его по дуге. Легко можно заметить, что при этом надрез, расположенный на внешней, выгнутой стороне, будет расширяться и углубляться. Это происходит под действием растягивающих напряжений на данной поверхности. Края надреза, расположенного на вогнутой стороне, наоборот,— будут сближаться. Так происходит потому, что на этой поверхности действуют менее опасные сжимающие напряжения. Теперь должно быть понятным, почему во многих случаях для повышения эксплуатационных свойств деталей достаточно произвести поверхностное упрочнение, например, путем закалки ТВЧ или химико-термической обработкой. Как одно, так и другое не только упрочняет поверхность деталей, но создает внутренние сжимающие напряжения.

Источник