165552 (739819), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Мощность процесса резания определяется скалярным про­изведением:

N = Pv_e (2.6)

Выразив это произведение через проекции по коорди­натным осям, получим:

N = P_z v_z + P_yv_y + P_xv_x (2.7)

где v_x, v_y, v_z — проекции на оси координат скорости движения точки приложения равнодействующей сил резания. В практических расчетах используется приближенная зависимость N = P_zv. Это упрощение обусловлено тем, что составляющие Р_у и Р_х полной силы резания малы по сравнению с Р₂, а скорость подачи относительно ско­рости резания составляет всего 1 - 0,1%.

Рис. 11 Схема действия сил резания на режущую кромку инструмента в точке, имеющую максимальную скорость перемещения ν_е, при обработке: а – точением; б – сверлением; в – фрезерованием; г – строганием; д– протягиванием; е – хонингованием; ж – суперфинишированием.

Производительность обработки при резании определяется числом деталей, изготовляемых в единицу времени: Q = \/Т_т . Время изготовления одной детали равно Т_т = Т_д + Т_т + Т_кп, где Т_о — машинное время обработки, затрачиваемое на процесс резания, определяется для каждого технологического способа; Т_т — время подвода и отвода инструмента при обработке одной детали; Г_всп — вспомогательное время установки и на­стройки инструмента.

Таким образом, производительность обработки резанием в первую оче­редь определяется машинным временем Т_о. При токарной обработке, мин: Т_о = La/(ns_oh), где L - расчетная длина хода резца, мм; а — величина при­пуска на обработку, мм.

Отношение a/h характеризует требуемое число проходов инструмента при обработке с глубиной резания И. Поэтому наибольшая производитель­ность будет при обработке с глубиной резания h = а, наибольшей подачей s₀ и максимальной скоростью резания. Однако при увеличениипроизводительности снижается качесто поверхности и повышается износ инструмента. Поэтому при обработке резанием решается задача по установлению максимально допустимой производительности при сохранении требуемого качества поверхности и стойкости инструмента.

Глава 4

Коррозионное растрескивание.

1 Явление коррозийного растрескивания

В металле, подверженном коррозионному растрескиванию, при отсутствии внешних напряжений обычно происходит очень незна­чительное коррозионное разрушение, а при отсутствии коррозион­ной среды под воздействием напряжений почти не происходит из­менения прочности или пластичности металла. Таким .образом, в процессе коррозионного растрескивания, т. е. при одновремен­ном воздействии статических напряжений и коррозионной среды, наблюдается существенно большее ухудшение механических свойств металла, чем это имело бы место в результате раздельного, но аддитивного действия этих факторов. Коррозионное растре­скивание является характерным случаем, когда взаимодействует химическая реакция и механические силы, что приводит к структурному разрушению. Такое разрушение носит хрупкий характер и возникает в обычных пластичных металлах, а также в медных, никелевых сплавах, нержавеющих сталях и др. в присутствии определенной коррозионной среды. При исследовании процесса хруп­кого разрушения в результате коррозионного растрескиванир особое значение имеет исследование раздельного воздействия на металл напряжений и коррозионной среды, а также их одновременное воздействие. Однако в процессе коррозионного растрескивания первостепенное значение имеют следующие стадии: 1) зарождение и возникновение трещин и 2) последующее развитие коррозионных трещин. Обе стадии, как будет показано ниже, являются индивидуальными ступенями в процессе коррозионного растрескивания.

2 Коррозионная среда

Средами, в которых происходит коррозионное растрескивание металлов, являются такие среды, в которых процессы коррозии сильно локализованы обычно при отсутствии заметной общей по­верхностной коррозии. Интенсивность локализованной коррозии-может быть весьма значительной, в результате чего прогрессирует процесс развития очень узких углублений, достигая, вероятно, на­ибольшей величины на дне углублений, имеющих радиусы по­рядка одного междуатомного расстояния. Тщательное изучение ли­тературы показывает, что во многих случаях процесс начальной коррозии может иметь место и при отсутствии напряжений, хотя такое коррозионное разрушение может быть совсем незначитель­ным. Некоторые во­просы, относящиеся к роли напряжений в развитии этих чувстви­тельных зон в определенных системах сплавов, еще остаются неяс­ными, но в общем случае это ясно. Кроме того, большинство экспе­риментальных работ показывает, что в том случае, когда началь­ные локализованные коррозионные углубления межкристаллигаы,. то при последующем растрескивании преобладает также межкри-сталлитное разрушение. Если начальная коррозия происходит вну­три зерен металла, то последующее растрескивание имеет внутри-кристаллитный характер. Нет определенных указаний о том, что межкристаллитная трещина будет развиваться из внутрикристаллитного коррозионного углубления, и наоборот. Смешанный тип растрескивания, который иногда наблюдается, может быть обусловлен побочным процессом, связанным с динамикой быстро разви­вающейся трещины.

При воздействии на материал коррозионной среды, которая вли­яет на склонность сплава к коррозионному растрескиванию и характер разрушения, основными факторами являются следую­щие:

1) относительная разность потенциалов микроструктурных фаз, присутствующих в сплаве, что вызывает вероятность местного раз­рушения

2) поляризационные процессы на анодных и катодных участках

3) образование продуктов коррозии, которые оказывают влияние на коррозионный процесс.

3 Структура и состав

Если локализованная коррозия является важным фактором в об­щем процессе растрескивания, то вполне очевидно, что микрострук­тура металла должна иметь еще большее значение, определяющее вероятность возникновения такого коррозионного разрушения. Опыты со всей очевидностью показывают, что изменения в составе, термообработке, механической обработке и способах изготовления приводят к изменению микроструктуры, а, следовательно, влияют и на устойчивость металла против коррозионного растрескивания. Опыты показывают, что структура металла влияет не только на ха­рактер начального местного разрушения, но также определяет путь и скорость коррозионного растрескивания.

Кроме того, небольшие изменения в составе сплава, без какого-либо очевидного изменения микроструктуры, приводят к заметному изменению устойчивости сплава против коррозионного растрески­вания. Например, чистая медь в аммиачных средах не подвержена растрескиванию, но примесь менее чем 0,1 % фосфора, мышьяка или сурьмы в однородном твердом растворе делает ее подверженной разрушению. Добавление 0,3% хрома защищает от коррозион­ного растрескивания алюминиевый сплав марки 755, что важно в промышленном отношении и что еще раз подчеркивает значение изменений состава сплава на устойчивость против коррозионного растрескивания.

4 Напряжения

Для того чтобы произошел процесс коррозионного растрескива­ния, необходимо наличие поверхностных или внутренних растяги­вающих напряжений. Обычно встречающиеся на практике разруше­ния обусловлены наличием остаточных напряжений, возникающих, при производстве и обработке металла, но в целях исследования не следует делать разграничения между остаточными напряжениями и напряжениями, возникшими в результате приложенных внешних нагрузок. Коррозионное растрескивание никогда не наблюдалось в результате действия поверхностных сжимащих напряжений; наоборот, сжиающие поверхностные напряжения разрушения могут использоваться для защиты от коррозионного растрескивания.

При увеличении величины приложенных напряжений умень­шается время до полного разрушения металла. Для кор­розионного растрескивания обычно необходимы высокие напряже­ния, приближающиеся к пределу текучести, однако, часто разруше­ние может наступить и при напряжениях, значительно меньших предела текучести. Для многих систем сплавов наблюдается какой-то «порог» или «предел» напряжений, т. е. напряжения, ниже кото­рых коррозионное растрескивание не происходит за определенный период времени. Такая зависимость, наблюдавшаяся, например, при замедленном растрескивании сталей, указывает, что основную роль в процессе разрушения играют напряжения.

Имеются доказательства, что основное влияние при коррозионном растрескивании напряжения оказывают незадолго до полного разрушения, т. е. эффективность напряжений не сказывается до определенного периода времени, после чего наступает внезапное разрушение. Этот вывод в дальнейшем подчеркивается рядом на­блюдений, в которых указывается на зависимость времени до пол­ного разрушения от времени приложения напряжений. Показано, что время до полного разрушения ,не зависит от того, приложены ли напряжения в начале испытания или на последующих стадиях его.

5 Характер коррозионных трещин

Коррозионные трещины развиваются в плоскости, перпендику­лярной плоскости растягивающих напряжений, независимо от ха­рактера приложенных или остаточных напряжений. С точки зрения микроструктуры коррозионные трещины могут иметь как внутрикристаллитный, так и межкристаллитный характер. Можно предположить, что направление и характер развития трещин в металле до некоторой степени зависят от формы и размера зерен, поскольку эти факторы влияют на распределение внутренних напряжений.

Одно из наиболее важных исследований, относящихся к изуче­нию характера развития трещин, устанавливает, что этот процесс не является непрерывным. На прерывистый характер развития тре­щин указано в работах Джильберта и Хаддена, Эделеану и Фармери. Обнаружено, что в алюминиево-магкиевых сплавах развитие трещин является ступенчатым процессом, раз­вивающимся путем ряда отдельных механических изломов. Более новое доказательство прерывистого характера развития трещин показано в кинофильме, подготовленном Престом, Беком и Фон­тана, занимающимися коррозионным растрескиванием магние­вых сплавов.

6 Предотвращение коррозионного растрескивания

Наиболее эффективный метод повышения устойчивости метал­лов против коррозионного растрескивания состоит в использовании соответствующих конструктивных мероприятий и способов обра­ботки, сокращающих до минимума величину остаточных напряже­ний. Если остаточные напряжения неизбежны, успешно может быть применена термообработка, снимающая эти напряжения. Если по­зволяют условия, может быть использована, например, дробеструй­ная обработка, вызывающая сжимающие поверхностные напряже­ния, которые впоследствии дают возможность нагружать материал, не вызывая напряженного состояния поверхности. Одним из мето­дов, который получает все большее признание и который связан с электрохимическим фактором процесса растрескивания, является применение катодной защиты.

Одним из интересных методов исследования взаимодействия на­пряжений и химических факторов является изучение зависимости величины катодного тока, необходимого для защиты, от величины механических напряжений.

Кроме того, ряд исследований показывает, что начавшееся рас­трескивание может быть остановлено путем применения катодной защиты.

7 Механизм коррозийного растрескивания

Для объяснения характерных особенностей процесса коррозион­ного растрескивания необходим обобщенный механизм этого явле­ния, который можно было бы применить для всех металлических систем с учетом всех особенностей в каждом индивидуальном слу­чае разрушения.

Первые объяснения механизма коррозионного растрескивания связывались либо с химическим, либо с механическим фактором и были недостаточны, так как не учитывалось совместное химическое и механическое действие. Большой вклад в вопрос понимания ме­ханизма коррозионного растрескивания внесен Диксом и соавто­рами. Их опыты убедительно показали основную электрохими­ческую природу коррозионного разрушения, а в обобщенном ими механизме коррозионного растрескивания указывается на роль ме­ханических факторов в процессе общего разрушения. Согласно этому механизму, процесс коррозионного растрескивания трак­туется следующим образом.

Если в металле происходит развитие местного коррозионного разрушения в виде очень узких углублений, то вполне очевидно, что растягивающие напряжения, перпендикулярные к направлению этих углублений, будут способствовать возникновению концентра­ции напряжений на дне их, причем чем больше углубления и меньше радиус дна углублений, тем больше будет концентрация напряже­ний. При таком состоянии металла создаются все условия для раз­рушения его вдоль этих более или менее протяженных локальных коррозионных разрушений, и поэтому при достаточной концентра­ции напряжений металл может начать разрушаться за счет механи­ческого воздействия. В результате механического разрушения будет обнажаться свежая, незащищенная окисной пленкой поверхность металла, которая, будучи более анодной, подвергается интенсив­ному воздействию коррозионной среды, что приведет к увеличению тока между дном углублений и неповрежденной поверхностью ме­талла, а, следовательно, и к ускорению коррозии. Ускорение кор­розионного процесса вызовет дальнейшее механическое разруше­ние, и, как результат, увеличится скорость развития трещин бла­годаря совместному действию коррозионной среды и растягиваю­щих напряжений.

Эта общая картина процесса коррозионного растрескивания серьезно не изменилась при последующих исследованиях, и в на­стоящее время можно дать более детальную оценку механического действия концентратора напряжений и его роли в процессе раз­рушения.

Существует мнение, что главная функция напряжений состоит в нарушении поверхностных пленок без разрушения металла и что ускоренное развитие и распространение трещин в основном имеет электрохимическую природу. В пленочных теориях кор­розионного растрескивания отмечается, что вопрос о том, будет ли иметь место быстрое развитие трещины, зависит от соотношения скоростей образования пленки и увеличения концентрации напря­жений. Если образование пленки может остановить коррозию до того, как концентрация напряжений достигнет значительной вели­чины, то быстрое развитие трещин будет предотвращено, но если концентрация напряжений достигнет критического значения до об­разования пленки, то- произойдет разрушение.

Несмотря на то, что высокие напряжения и деформация могут разрушать поверхностную пленку и тем самым способствовать ло­кализованной ускоренной коррозии, нет достаточных доказательств, что они играют основную роль или что разрушение пленки является главным фактором, приводящим к развитию трещин. Однако воз­можно, что разрушение поверхностной пленки, если оно имеет ме­сто, может играть важную роль в процессе хрупкого разрушения.

Характеристики

Список файлов реферата