Abstracto:Se analizaron las causas que afectan al daño por fatiga de las piezas metálicas. A través de experimentos se encontró que el daño a las piezas metálicas sometidas a cargas dinámicas es causado por dos condiciones: desgaste y fatiga. Sobre esta base, se propusieron seis medidas para mejorar la resistencia a la fatiga.
Palabras clave:partes de metal; Estrés; Fatiga; medida
1. Razones que afectan el daño por fatiga de las piezas metálicas.
El daño por fatiga de las piezas existe principalmente en puntos de alta concentración de tensiones. Generalmente, bajo la acción de tensiones alternas, se generan microfisuras tras múltiples deformaciones plásticas del material. Estas microfisuras son las causas iniciales del daño por fatiga de las piezas. En general, existen dos causas de daño a las piezas metálicas sometidas a cargas dinámicas: el desgaste y la fatiga. Los brazos mezcladores, los engranajes abiertos, los cojinetes y los tambores elevadores de las hormigoneras están sujetos a diversas tensiones alternas, que pueden provocar fatiga y desgaste en diversos grados. Según datos estadísticos, alrededor del 80% de las fracturas de los componentes son causadas por la fatiga del material, y la resistencia a la fatiga de los componentes es de gran importancia para su vida útil. Las causas de la fatiga varían mucho. Por lo tanto, es necesario comprender la aparición de fatiga y llevar a cabo un tratamiento científico razonable y oportuno para mejorar aún más la resistencia a la fatiga de las piezas.
1.1 Condiciones de trabajo
1.1.1 Efectos de la frecuencia alternante del estrés
Según el experimento, si la frecuencia de la tensión alterna es superior a 104 veces/min, el límite de fatiga del material de la pieza aumenta con el aumento de la frecuencia. Para piezas que normalmente operan con frecuencias de tensión alterna dentro del rango de 3000-10000 ciclos/min, la frecuencia alterna no tiene un efecto significativo sobre el límite de fatiga del material. Sin embargo, cuando la frecuencia alterna es inferior a 60 veces/min, el límite de fatiga del material en realidad disminuye.
Bajo la acción de una tensión alterna, la pieza debe pasar por un cierto número de ciclos de tensión antes de que se produzca una falla por fatiga. Cuanto mayor sea el valor máximo de tensión alterna en el ciclo de tensión bajo las mismas características cíclicas, menos ciclos experimentará la pieza antes de que se produzca daño; Por el contrario, cuanto menor sea el valor máximo de tensión alterna en el ciclo de tensión bajo las mismas características cíclicas, más ciclos sufrirá la pieza antes de que se produzca daño. Por debajo de un valor crítico por debajo de la tensión máxima, la pieza puede sufrir múltiples ciclos de tensión sin falla por fatiga, lo que a menudo se denomina límite de resistencia del material o límite de fatiga.
1.1.2 El impacto de la sobrecarga y la carga secundaria.
En la maquinaria de ingeniería, muchas piezas suelen funcionar en un estado superior al límite de fatiga durante un corto período de tiempo, como el arranque repentino de tambores de servicio pesado, la carga repentina de mezcladores, la carga repentina de engranajes y la sobrecarga ocasional. El límite de sobrecarga se utiliza generalmente para medir el impacto de exceder el límite de fatiga sobre el daño por fatiga.
El límite de daño por sobrecarga de los materiales se determina mediante experimentos. En primer lugar, obtenga la curva de fatiga completa e identifique el límite de fatiga σ{{0}}. Luego use la muestra para medir cualquier valor superior a σ. Realice pruebas de fatiga bajo una tensión de 1. Después de un cierto número de ciclos, opere con la tensión límite de fatiga y observe si afecta la vida de fatiga N0. Si no afecta la vida útil, indica que la carga alterna no ha causado daños. Como se muestra en la Figura 1, bajo cada tensión de sobrecarga, el límite de daño por sobrecarga se obtiene buscando los puntos a, b, c, etc. que comienzan a mostrar daño después de diferentes ciclos N, y conectando los puntos a, b, c, etc.
La zona de daño por sobrecarga se refiere al número de ciclos bajo sobrecarga que caen en esta zona, lo que puede provocar una reducción en la vida por fatiga de la pieza. Por lo tanto, cuanto más estrecha sea la zona, mayor será la capacidad del material para resistir la sobrecarga.
La línea diagonal en la curva de fatiga se llama valor de resistencia a la sobrecarga, que representa el número máximo de ciclos de tensión que se pueden soportar hasta que la fractura bajo tensión exceda el límite de fatiga. Cuanto más inclinada es la línea, más ciclos de tensión puede soportar bajo la misma sobrecarga, lo que indica una mayor capacidad para resistir la sobrecarga. A través de experimentos, se ha descubierto que el límite de fatiga de los metales aumenta después de operar por debajo o cerca del límite de fatiga durante un cierto número de veces, y este fenómeno se denomina ejercicio de subcarga. Entonces, cuando los componentes o conjuntos ensamblados funcionan durante un período de tiempo sin carga o sin carga completa, por un lado, puede mejorar el rodaje de varias piezas móviles y, al mismo tiempo, puede mejorar la resistencia a la fatiga. de las piezas y prolongar su vida útil.
Figura 1 Límite de daño por fatiga por sobrecarga
1.1.3 El impacto de la temperatura de uso
Si la temperatura aumenta, la capacidad del metal para resistir la deformación disminuye, haciéndolo propenso a sufrir grietas por fatiga y provocando una disminución en el límite de fatiga del material. Por el contrario, si la temperatura disminuye, el límite de fatiga del material aumenta.
1.1.4 Impacto de los medios ambientales
En términos generales, el entorno de trabajo que afecta a los componentes mecánicos se puede dividir a grandes rasgos en dos categorías: medios corrosivos (soluciones acuosas que contienen ácidos, álcalis, sales, etc., húmedos, etc., como el entorno de trabajo de las mezcladoras) y medios activos ( medios activos que tienen efectos de adsorción en la superficie pero que no tienen efectos corrosivos, como grasas y aceites de motor que contienen una pequeña cantidad de ácidos grasos). Cuando las piezas funcionan en entornos de medios corrosivos, las sustancias metálicas corrosivas se incrustan fácilmente en las piezas, lo que provoca la concentración de tensiones y reduce el límite de fatiga.
1.2 La influencia de los factores de superficie y tamaño en las piezas.
Del análisis del proceso de fatiga, se puede ver que el deslizamiento desigual de los metales bajo cargas alternas se concentra principalmente en la superficie del metal, donde es probable que se produzcan grietas por fatiga, lo que afecta el límite de fatiga. Los daños (marcas de cuchillos, marcas, etc.) y las rugosidades en la superficie de las piezas pueden provocar la concentración de tensiones, provocando una disminución del límite de fatiga. Cuanto mayor sea la rugosidad de la superficie del mismo material, mayor será la calidad del procesamiento de la superficie, menor será la concentración de tensión en la superficie del metal y mayor será el límite de fatiga.
1.3 Impacto del efecto del tratamiento de fortalecimiento de la superficie.
Debido al hecho de que la superficie de la pieza es un lugar donde son propensos a ocurrir grietas por fatiga, y también es un lugar donde se produce la concentración de tensiones cuando la pieza se somete a cargas alternas de flexión o torsión. Por lo tanto, el tratamiento superficial de las piezas es de gran importancia para mejorar el límite de fatiga superficial. Los métodos de tratamiento de superficies comúnmente utilizados incluyen deformación en frío de la superficie (granallado, laminado, pulido con laminado, etc.), tratamiento térmico de la superficie (carburación de la superficie, nitruración, cianuro, enfriamiento de la superficie por llama o alta frecuencia, etc.), recubrimiento y recubrimiento de la superficie. , etc. Mediante el tratamiento superficial de las piezas, se puede mejorar la resistencia de la capa superficial, se puede cambiar la distribución de la tensión superficial, se puede generar tensión residual en la superficie, reduciendo así la tensión de tracción en la superficie bajo cargas alternas, evitando la propagación de grietas por fatiga y, en última instancia, mejorar su capacidad para resistir los límites de fatiga.
1.4 Efecto de la estructura de la aleación
(1) Cuando el carbono está presente en una solución sólida de metal (acero), su límite de fatiga disminuye con el aumento del contenido de carbono, como la martensita templada con alto y medio carbono o la martensita templada a baja temperatura.
(2) Estructura metalográfica.
A. Tamaño de grano. Refinar el tamaño del grano puede reducir el grado de deslizamiento desigual bajo tensión alterna y retrasar la generación de núcleos de grietas por fatiga, es decir, los límites de los granos son un obstáculo para la propagación de las grietas por fatiga. Por lo tanto, refinar el tamaño del grano puede extender la vida a la fatiga.
B. Tipo organizacional. El límite de fatiga de diferentes materiales varía, especialmente después del tratamiento térmico, como el límite de fatiga de la martensita templada σ- 1. La martensita templada más alta no es tan buena como la martensita, y la martensita templada a alta temperatura σ- 1 es más baja que la martensita y la martensita.
(3) La presencia de escombros. Las impurezas no metálicas en materiales metálicos son propensas a sufrir grietas por fatiga, lo que resulta en una disminución del límite de fatiga.
Dirección de las fibras metálicas. La relación de dirección entre la línea de corriente del componente y la tensión principal tiene un impacto significativo en el límite de fatiga. Cuando la dirección de la línea de corriente de la pieza formada es paralela a la dirección de la tensión principal, su límite de fatiga es mayor que cuando son perpendiculares. A medida que aumenta la resistencia del material, esta diferencia también aumenta.
2. Medidas para mejorar la resistencia a la fatiga de las piezas metálicas.
Para mejorar la resistencia a la fatiga de los componentes mecánicos y abordar científicamente la imaginación de la fatiga en las piezas metálicas de manera oportuna y razonable, es de gran beneficio mejorar la vida útil de los productos mecánicos y la productividad de los equipos de construcción. Por lo tanto, se toman las siguientes medidas para mejorar la resistencia a la fatiga de los componentes metálicos.
(1) Seleccione los materiales y las dimensiones externas apropiados según el entorno de trabajo y la frecuencia de las piezas.
(2) Minimizar la operación de piezas en áreas de sobrecarga tanto como sea posible.
(3) Las piezas deberían someterse a un entrenamiento de carga secundaria para mejorar su límite de fatiga.
(4) Se debe evitar dañar la superficie de las piezas, se debe mejorar la rugosidad de la superficie de las piezas y se debe reducir la concentración de tensiones.
(5) Si es necesario, refuerce la superficie de las piezas para reducir la posibilidad de grietas por fatiga.
(6) Una selección razonable de materiales y un tratamiento metalográfico adecuado pueden mejorar el límite general de resistencia a la fatiga de las piezas.
2024 3 de marzoSemana WBM PRecomendación del producto:
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