щие напряжения, особенно опасные при объемном напряженном состоянии, позволяет - повысить допустимые внешние нагрузки, повышает сопротивляемость усталости и ударным нагрузкам, снижает склонность к хрупкому разрушению, межкристаллит-ной коррозии и коррозионную усталость, стабилизирует размеры и предотвращает коробление и поводку изделий.

Если рабочие напряжения при эксплуатации изделий сравнительно небольшие (далеки от предела текучести) и основное треба-, вание к деталям - высокая стабильность размеров и формы, то для предотвращения коробления не обязательно добиваться значительного уменьшения остаточных напряжений. Примером могут служить малонагруженные базовые детали точных станков и приборов, отливаемые из дешевого серого чугуна. Старинная практика предотвращения коробления таких отливок - вылеживание их на складе при температуре окружающей среды в течение нескольких месяцев и даже нескольких лет. Этот способ стабилизации размеров чугунных отливок называют естественным старением . Как оказалось впоследствии, при длительном вылеживании чугунных отливок остаточные напряжения в них уменьшаются всего на 5-20%, хотя такое вылеживание и предотвращает коробление деталей. Это можно объяснить тем, что коробление отливок из серого чугуна вызывается релаксацией главным образом пика-вых напряжений в местах их концентрации около пластинок графита (О. Ю. Коцюбинский). При сравнительно невысоком общем уровне остаточных напряжений они около таких концентраторов как графитовые включения, могут приближаться к пределу текучести ив этих местах быстрее релаксировать. Для доказательства образцы из стали, чугуна с шаровидным графитом и серого чугуна нагрузили до одинакового исходного напряжения. Затем в течение полугода следили за релаксацией напряжений. Оказалось, что медленнее всего напряжения релаксировали в образцах из стали, несколько быстрее - в образцах из чугуна с шаровидным графитом и наиболее быстро - в образцах из серого чугуна с грубыми пластинами графита. Можно предположить, что при комнатном вылеживании отливок из серого чугуна релаксируют главным образом пиковые напряжения около включений графита, что предотвращает коробление деталей, хотя и мало сказывается на измеряемых средних остаточных напряжениях.

Многомесячное вылеживание отливок из серого чугуна в условиях современного производства трудно использовать как основной способ предотвращения коробления. Для ускорения стабилизации размеров применяют отжиг чугунных отливок при 500- 600° С в течение 2-4 ч.

Стали отжигают для уменьшения напряжений при температурах обычно несколько ниже критической точки Aci-

К широко известному виду термической обработки - естественному старению после закалки (см. § 45) этот процесс никакого отношения не имеет.

Холоднокатаные листы и штамповки из меди, никеля, титана и деформируемых сплавов на их основе отжигают для уменьшения остаточных напряжений при температурах не выше точки на-начала рекристаллизации, чтобы сохранить высокие прочностные характеристики наклепанного металла. Отжиг для уменьшения напряжений широко применяют к латуням, содержащим более 20% Zn, так как они характеризуются сильной склонностью к коррозии под напряжением ( сезонная болезнь ).

Если слитки непрерывного литья из деформируемых алюминиевых сплавов не подвергались гомогенизационному отжигу, то перед разрезкой на мерные заготовки их следует отжечь при 300-350° С для уменьшения остаточных напряжений во избежание опасного разрушения слитков при резке. Для уменьшения сварочных напряжений в особо ответственных громоздких конструкциях строят специальные печи с большим рабочим пространством; для помещения в них целиком всего изделия.

: Временные перегрузки для уменьшения остаточных напряжений

Как уже отмечалось, разрядка остаточных напряжений при отжиге происходит только в результате развития пластической деформации. Если остаточные напряжения значительно меньше предела текучести, то релаксируют они медленно вследствие развития ползучести. Для более полного и более быстрого уменьшения остаточные напряжений используют различные временные перегрузки изделия, которые суммируясь с остаточными напряжениями, вызывают пластическую деформацию во всем изделии или в отдельных его участках.

Самые старые способы создания временных перегрузок - принудительная вибрация и остукивание со всех сторон чугунных отливок. Эти простые приемы весьма эффективно предотвращают коробление. Для стабилизации размеров чугунных отливок можно применять также временное статическое нагружение. Например, в длинных станинах создают с помощью домкратов изгибающие моменты.

Для снятия остаточных напряжений и одновременно для правки полуфабрикаты из алюминиевых сплавов (прутки, трубы и др.) #а №щаютна 1-3% на специальных растяжных машинах.

Временную нагрузку создают и чисто термической обработкой, для чего используют два способа - термоциклирование и термо-Удары.

Термоциклирование наиболее целесообразно применять к сплавам, которые содержат фазы с резко различающимися термическими коэффициентами линейного расширения, например к силуминам. Термоциклированию подвергают детали из силуминов, которым Предъявляют особо жесткие требования по стабильности размеров во время хранения и эксплутации высокоточных

4 и. и. Новиков 97

приборов. Детали из силуминов типа АЛ2 и АЛ9 охлаждают до температур минус 40-минус 196° С, затем отогревают до комнатной температуры и помещают в печь, нагретую до 150° С (или же сразу переносят в печь). Затем детали охлаждают до комнатной температуры и вновь обрабатывают холодом. В течение трех циклов такой обработки (последней всегда должна быть операция нагрева) остаточные напряжения уменьшаются на 30-70%. Обычный длительный отжиг при верхней температуре термического цикла (150° С) несравненно слабее уменьшает остаточные напряжения.

Из-за большой разницы в термических коэффициентах линейного расширения алюминиевой и кремниевой фаз (примерно в 6,5 раз) на межфазных границах возникают микронапряжения. При обработке холодом эти микронапряжения усиливаются и, складываясь с остаточными напряжениями, вызывают при нагреве значительные пластические деформации. Таким образом, чередование захолаживания до отрицательных температур и последующего нагрева усиливает пластическое течение в микроучастках и этим способствует более полному уменьшению остаточных напряжений (М. Л. Хенкин).

Естественному термоциклированию (с незакономерными циклами изменения температуры под действием солнца, ветра и дождя) подвергаются чугунные отливки во время вылеживания под открытым небом. Возникающие при этом временные перегрузки способствуют большей стабилизации размеров, чем вылеживание тех же отливок в закрытом помещении.

Метод термоударов состоит в создании при быстром нагреве изделия термических напряжений, которые, вызывая временную перегрузку, способствуют релаксации остаточных напряжений. Самый простой способ - установка в разогретую печь чугунных отливок, имеющих большую разностенность.

Чтобы снизить закалочные напряжения в плитах, штамповках и других деталях из алюминиевых сплавов, которые нельзя отжигать из-за недопустимости разупрочнения, предлагается применять обработку холодом с последующим термоударом. Закаленное изделие помещают в жидкий азот (-196° С), а затем быстро нагревают до невысоких температур в кипящей воде или струе пара. Предварительное захолаживание в жидком азоте позволяет увеличить термические напряжения во время термоудара при невысокой температуре нагрева.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Кудрявцев П. И. В кн.; Материалы в машиностроении. Т. 2, М., Машинострое-. ние , 1967, с. 210-227.

Коцюбинский О. Ю. Стабилизация размеров чугунных отливок. М., Машиностроение , 1974. 296 с. с ил. Хенкин M.Jli, Лакшин И. X. Размерная стабильность металлов и сплавов в точ-

- вом машиностроении, и приборостроении. М., Машиностроение , 1974. 255 с.

- сил. . - - . .