Причины возникновения остаточных напряжений.

Не менее важной характеристикой поверхностного слоя деталей являются технологические остаточные напряжения [11]. Они возникают вследствие пластических деформаций кристаллических решеток материала заготовки в процессе ее механической или термической обработки. Играют роль и величина, и знак, и глубина залеганий, и характер распределения этих напряжений по глубине поверхностного слоя. Физическую сущность возникновения остаточных напряжений можно проиллюстрировать схемами, изображенными на рис.3.6.

а – сжатие, б – растяжение

В процессе обработки заготовки ее поверхностный слой может, как уплотняться (рис.3.6, б), так и разуплотняться. (рис. 3.6, а). На схемах рис. 3.6. показаны гипертрофированные, чисто условные результаты этих воздействий, и, для наглядности, эти уплотненные и разуплотненные слои показаны условно отделенными от материала заготовок, не подвергнутого пластическим деформациям. Так как в реальных условиях никакого отделения деформированного слоя нет, то под воздействием деформаций в поверхностном слое произойдут деформации всего образца в соответствующих направлениях с перераспределением напряжений в поверхностном слое по всему поперечному сечению образца. Внесенные в поверхностный слой напряжения и результаты их перераспределения показаны справа от образцов. В общем случае возможны следующие результаты воздействия остаточных напряжений.

1. Если величина остаточных напряжений превысит предел прочности материала, а изделие обладает высокой жесткостью, то в поверхностном слое возникнут трещины вследствие его разрыва.

2. Если изделие представляет собой мало жесткую конструкцию, то произойдет его деформация, величина которой может намного превысить допуск на точность формы или взаимного расположения поверхностей.

3. Если остаточные напряжения ниже предела прочности материала, а изделие представляет собой жесткую конструкцию, то видимых изменений не произойдет. Однако, если эксплуатационные нагрузки совпадут со знаком остаточных напряжений, то изделие разрушится при нагрузках ниже запланированных, что чрезвычайно опасно. Из сказанного выше следует, что измерение и неразрушающий контроль технологических остаточных напряжений является важнейшей метрологической проблемой.