Так как обнаружить многие мелкие дефекты не всегда возможно, трудно оценить и их границы, позволяющие или забраковать заготовку, или пустить ее в дальнейшую обработку, хотя на заводах и имеются нормативы на каждый вид дефекта. Нередко дефекты обнаруживаются только после поломки готовой детали, часто спустя длительный срок работы детали.
Можно назвать следующие разновидности дефектов, встречающихся в отливках и поковках: неметаллические включения, раковины и пустоты, пористость, трещины, неоднородность химического состава, неоднородность структуры.
Несмотря на столь краткий перечень разновидностей дефектов, каждая группа содержит бесконечное многообразие их. Трудно представить, например, чтобы неметаллические включения имели совершенно одинаковые формы и расположения в заготовках, отлитых по одной и той же модели. То же самое можно сказать о раковинах и пористости.
Кроме того, в каждой заготовке возможно несколько разновидностей дефектов с преобладанием одного из них, причем часть дефектов может быть обнаружена при контроле заготовки, а часть останется незамеченной.
Детали дизеля работают в весьма сложных условиях, основные из них испытывают знакопеременные нагрузки. За все время работы дизеля эти нагрузки повторяются много раз и действие их на металл не остается бесследным. Если металл детали не соответствует условиям, в которых она работает, и тем более, если в структуре его имеются существенные дефекты, деталь разрушится раньше, чем наступит срок ее замены вследствие износа.
Процесс, при котором деталь разрушается под воздействием неоднократно приложенных знакопеременных нагрузок, называется усталостью. Остановимся на этом процессе несколько подробнее.
Прежде всего для усталостного разрушения требуется значительно меньшая нагрузка, чем для статического разрушения.
В практике большинство случаев разрушения деталей происходит от усталости, а не от статических нагрузок.
Другим характерным признаком усталостного разрушения является отсутствие деформаций в зоне разрушения. Даже самые пластичные стали под действием усталостного процесса разрушаются, подобно хрупкому чугуну. Такой характер разрушения особенно опасен, так как признаки начинающегося разрушения отсутствуют.
Начало зарождения усталостных трещин обнаружить очень трудно. Обычно их замечают перед самым разрушением. Можно рассматривать три стадии усталостного разрушения, каждая из которых имеет характерный вид излома.
Зона первой стадии имеет гладкую поверхность, на которой иногда заметны следы трения. Эта начальная стадия развивается очень медленно. У валов со шпонками она начинается почти всегда от сопряжения вертикальной и горизонтальной стенок шпоночной канавки. По мере разрушения все большего количества зерен металла и увеличения трещины нагрузка на оставшиеся здоровые зерна возрастает.
При достижении определенной нагрузки скорость разрушения резко увеличивается. Изменяется и характер разрушения (вторая зона). Излом уже имеет не гладкую поверхность, и на нем можно различить зернистое строение металла.
Наконец, нагрузка в оставшемся сечении (третья зона|) настолько возрастает, что металл не может ей сопротивляться и деталь мгновенно разрушается. Излом последней зоны чаще всего имеет волокнистое строение.
Усталостное разрушение может иметь и другой характер, в этом случае отсутствует вторая зона разрушения.
Чаще всего усталостное разрушение начинается с поверхности, и прежде всего в зонах резкого изменения формы детали или в районе каких-либо повреждений поверхности. Известно, что в таких зонах напряжения выше, чем средние напряжения по всему сечению, и они называются концентраторами напряжений.
Но концентраторами напряжений являются также и многие дефекты, находящиеся под поверхностью детали. При определенном расположении таких дефектов, как трещины, неметаллические включения, раковины и пористость, усталостное разрушение начинается на поверхности детали, непосредственно от дефекта. В этих случаях усталостный процесс развивается медленнее, так как по мере удаления от поверхности напряжения в детали падают.
Таким образом, необнаруженные дефекты внутри заготовки могут предопределить срок службы будущей детали, и, если дефекты расположены неблагоприятно по отношению к рабочим напряжениям, которые будет испытывать деталь, она будет разрушена усталостным процессом.
Полагают, что удлиненные неметаллические включения, расположенные параллельно направлению действия напряжения, незначительно влияют на сопротивление усталости. Если же они расположены не параллельно, а перпендикулярно напряжению, сопротивление усталости может существенно снизиться.
Усталостные разрушения деталей из-за наличия дефектов в заготовках невозможно предопределить заранее. В тех случаях, когда внутренние дефекты удается обнаружить, заготовка не станет деталью, ее просто забракуют. Чаще всего причиной усталостного разрушения деталей являлись внутренние дефекты металла или неудачная форма детали.
Прежде чем применить ту или иную сталь для изготовления ответственных деталей, ее в виде образцов испытывают на специальных стендах на усталостную прочность (предел выносливости). Поэтому к самой стали никаких претензий не предъявляют. Но испытывают-то образцы, а не саму заготовку, и, если в заготовке имеются необнаруженные дефекты, которые в дальнейшем попадут в деталь, предел выносливости детали значительно снизится и она разрушится ранее, чем определили на стенде.
Усталостный процесс почти всегда сопровождается коррозией, что еще более усложняет его. При одновременном действии переменных напряжений и коррозии сопротивление усталости резко снижается.
Усталостное разрушение в сопровождении коррозии несколько отличается от чисто механического разрушения. Во-первых, при коррозионно-усталостном разрушении поверхность излома имеет различную окраску, часто напоминающую тонкую окисную пленку. Во-вторых, появляется не одна трещина (как при обычной механической усталости), а несколько. Отдельные трещины расширяются у поверхности от коррозии, которая начинается после их возникновения. Ширина трещин уменьшается по мере удаления от поверхности, и трещины становятся похожими на обычные усталостные трещины, но являются межкристаллическими.
Нетрудно себе представить, как ускорится процесс распространения усталостной трещины, если на ее пути попадется раковина, рыхлость или, тем более, трещина. Если дефект окажется значительным по размерам, процесс разрушения сразу перейдет во вторую фазу, после чего деталь вскоре разрушится.
Во время работы многие детали дизеля подвергаются воздействию высоких температур, при которых возникают так называемая термическая усталость и газовая коррозия. При умеренных температурах (до 70—80°С) на деталь воздействуют химическая и электрохимическая коррозия. Известны и другие сложные сочетания знакопеременных нагрузок, термических, химических и электрохимических процессов.
Однако необнаруженные дефекты, залегающие глубоко под поверхностью заготовки и в дальнейшем остающиеся в детали, во многих случаях являются решающим фактором, определяющим эксплуатационную надежность детали. Опасность заключается в том, что дефекты не определены, размеры их неизвестны и неизвестно, какое они могут оказать влияние на прочность детали. Поэтому при выяснении причин поломки детали нужно прежде всего обратить внимание на характер излома и постараться выяснить, не послужил ли причиной поломки какой-либо дефект, оставшийся не обнаруженным в процессе изготовления детали.
Можно назвать следующие разновидности дефектов, встречающихся в отливках и поковках: неметаллические включения, раковины и пустоты, пористость, трещины, неоднородность химического состава, неоднородность структуры.
Несмотря на столь краткий перечень разновидностей дефектов, каждая группа содержит бесконечное многообразие их. Трудно представить, например, чтобы неметаллические включения имели совершенно одинаковые формы и расположения в заготовках, отлитых по одной и той же модели. То же самое можно сказать о раковинах и пористости.
Кроме того, в каждой заготовке возможно несколько разновидностей дефектов с преобладанием одного из них, причем часть дефектов может быть обнаружена при контроле заготовки, а часть останется незамеченной.
Детали дизеля работают в весьма сложных условиях, основные из них испытывают знакопеременные нагрузки. За все время работы дизеля эти нагрузки повторяются много раз и действие их на металл не остается бесследным. Если металл детали не соответствует условиям, в которых она работает, и тем более, если в структуре его имеются существенные дефекты, деталь разрушится раньше, чем наступит срок ее замены вследствие износа.
Процесс, при котором деталь разрушается под воздействием неоднократно приложенных знакопеременных нагрузок, называется усталостью. Остановимся на этом процессе несколько подробнее.
Прежде всего для усталостного разрушения требуется значительно меньшая нагрузка, чем для статического разрушения.
В практике большинство случаев разрушения деталей происходит от усталости, а не от статических нагрузок.
Другим характерным признаком усталостного разрушения является отсутствие деформаций в зоне разрушения. Даже самые пластичные стали под действием усталостного процесса разрушаются, подобно хрупкому чугуну. Такой характер разрушения особенно опасен, так как признаки начинающегося разрушения отсутствуют.
Начало зарождения усталостных трещин обнаружить очень трудно. Обычно их замечают перед самым разрушением. Можно рассматривать три стадии усталостного разрушения, каждая из которых имеет характерный вид излома.
Зона первой стадии имеет гладкую поверхность, на которой иногда заметны следы трения. Эта начальная стадия развивается очень медленно. У валов со шпонками она начинается почти всегда от сопряжения вертикальной и горизонтальной стенок шпоночной канавки. По мере разрушения все большего количества зерен металла и увеличения трещины нагрузка на оставшиеся здоровые зерна возрастает.
При достижении определенной нагрузки скорость разрушения резко увеличивается. Изменяется и характер разрушения (вторая зона). Излом уже имеет не гладкую поверхность, и на нем можно различить зернистое строение металла.
Наконец, нагрузка в оставшемся сечении (третья зона|) настолько возрастает, что металл не может ей сопротивляться и деталь мгновенно разрушается. Излом последней зоны чаще всего имеет волокнистое строение.
Усталостное разрушение может иметь и другой характер, в этом случае отсутствует вторая зона разрушения.
Чаще всего усталостное разрушение начинается с поверхности, и прежде всего в зонах резкого изменения формы детали или в районе каких-либо повреждений поверхности. Известно, что в таких зонах напряжения выше, чем средние напряжения по всему сечению, и они называются концентраторами напряжений.
Но концентраторами напряжений являются также и многие дефекты, находящиеся под поверхностью детали. При определенном расположении таких дефектов, как трещины, неметаллические включения, раковины и пористость, усталостное разрушение начинается на поверхности детали, непосредственно от дефекта. В этих случаях усталостный процесс развивается медленнее, так как по мере удаления от поверхности напряжения в детали падают.
Таким образом, необнаруженные дефекты внутри заготовки могут предопределить срок службы будущей детали, и, если дефекты расположены неблагоприятно по отношению к рабочим напряжениям, которые будет испытывать деталь, она будет разрушена усталостным процессом.
Полагают, что удлиненные неметаллические включения, расположенные параллельно направлению действия напряжения, незначительно влияют на сопротивление усталости. Если же они расположены не параллельно, а перпендикулярно напряжению, сопротивление усталости может существенно снизиться.
Усталостные разрушения деталей из-за наличия дефектов в заготовках невозможно предопределить заранее. В тех случаях, когда внутренние дефекты удается обнаружить, заготовка не станет деталью, ее просто забракуют. Чаще всего причиной усталостного разрушения деталей являлись внутренние дефекты металла или неудачная форма детали.
Прежде чем применить ту или иную сталь для изготовления ответственных деталей, ее в виде образцов испытывают на специальных стендах на усталостную прочность (предел выносливости). Поэтому к самой стали никаких претензий не предъявляют. Но испытывают-то образцы, а не саму заготовку, и, если в заготовке имеются необнаруженные дефекты, которые в дальнейшем попадут в деталь, предел выносливости детали значительно снизится и она разрушится ранее, чем определили на стенде.
Усталостный процесс почти всегда сопровождается коррозией, что еще более усложняет его. При одновременном действии переменных напряжений и коррозии сопротивление усталости резко снижается.
Усталостное разрушение в сопровождении коррозии несколько отличается от чисто механического разрушения. Во-первых, при коррозионно-усталостном разрушении поверхность излома имеет различную окраску, часто напоминающую тонкую окисную пленку. Во-вторых, появляется не одна трещина (как при обычной механической усталости), а несколько. Отдельные трещины расширяются у поверхности от коррозии, которая начинается после их возникновения. Ширина трещин уменьшается по мере удаления от поверхности, и трещины становятся похожими на обычные усталостные трещины, но являются межкристаллическими.
Нетрудно себе представить, как ускорится процесс распространения усталостной трещины, если на ее пути попадется раковина, рыхлость или, тем более, трещина. Если дефект окажется значительным по размерам, процесс разрушения сразу перейдет во вторую фазу, после чего деталь вскоре разрушится.
Во время работы многие детали дизеля подвергаются воздействию высоких температур, при которых возникают так называемая термическая усталость и газовая коррозия. При умеренных температурах (до 70—80°С) на деталь воздействуют химическая и электрохимическая коррозия. Известны и другие сложные сочетания знакопеременных нагрузок, термических, химических и электрохимических процессов.
Однако необнаруженные дефекты, залегающие глубоко под поверхностью заготовки и в дальнейшем остающиеся в детали, во многих случаях являются решающим фактором, определяющим эксплуатационную надежность детали. Опасность заключается в том, что дефекты не определены, размеры их неизвестны и неизвестно, какое они могут оказать влияние на прочность детали. Поэтому при выяснении причин поломки детали нужно прежде всего обратить внимание на характер излома и постараться выяснить, не послужил ли причиной поломки какой-либо дефект, оставшийся не обнаруженным в процессе изготовления детали.
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Примечание. Отправлять комментарии могут только участники этого блога.