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應力集中現象是普遍存在的,它對失效的影響很大,應當加強技術(shù)監督,嚴格檢查,消除一些不必要的應力集中因素(如加工缺陷)。同時(shí),要采取一定的技術(shù)措施,在設計和加工中盡量減小應力集中程度。
1,從強化材料方面降低應力集中的影響
采取局部強化以提高應力集中處的材料疲勞強度,從而減少應力集中的危害。
(1)表面熱處理強化
表面熱處理強化包括表面感應淬火、滲碳、滲氮和復合處理等,可得到軟(高韌性)的心部、硬的表層,在表層還存在殘余壓應力,由此降低應力集中的影響。
(2)薄殼淬火
直徑大且有截面變化的短軸類(lèi)零件,如選用低淬透性鋼,經(jīng)強烈淬火后可形成薄的表面淬硬層,其內存在殘余壓應力,可降低應力集中的影響。薄殼淬火與表面感應溶火相比有其較為有利的一面,即對于類(lèi)似的零件,感應率火容易使截面變化的過(guò)渡區(如軸肩)無(wú)法淬火而存在殘余拉應力,反而加大了應力集中的有害作用。
(3)噴丸強化
使金屬表層強化且產(chǎn)生大的殘余壓應力,從而降低應力集中的危害。
高強度材料表面粗糙度值大或有缺陷時(shí),噴丸處理對降低應力集中的影響更明顯。應力噴丸處理比一般噴丸處理效果更好。
(4)滾壓強化
使零件表面形變強化并產(chǎn)生殘余壓應力,從而降低應力集中的有害作用。其效果與滾壓參數及材料本身的組織性能有關(guān)。
2,從設計方面降低應力集中系數
(1)變截面部位的過(guò)渡應盡可能地加大過(guò)渡部分的圓角,使過(guò)渡區接近于流線(xiàn)形,同時(shí)也要考慮到工藝性??梢愿淖冞^(guò)渡方式,采用橢圓過(guò)渡比圓弧過(guò)渡更好,或者采用其他過(guò)渡方式。
(2)根據零件的受力方向和位置選擇適當的開(kāi)孔部位孔一般應開(kāi)在低應力區,如果必須開(kāi)在高應力區,則應采取補強措施。橢圓形的長(cháng)軸應與主應力方向平行,以降低應力集中系數。
(3)在應力集中區附近的低應力部位增開(kāi)缺口和圓孔這樣可使應力的流線(xiàn)平緩,從而降低Z大應力峰值。例如,圖a所示的應力集中系數為3,而圖b所示的應力集中系數為2.63。
同樣,在應力集中區附近的低應力部位,加開(kāi)卸載槽(圖),也可改善應力集中情況。
加開(kāi)卸載槽對應力集中的影響
大量的失效分析表明,加工中的刀痕、焊接時(shí)的缺陷、危險截面部位的非金屬夾雜物、圓弧過(guò)渡的不光滑等,往往成為零件失效的直接促發(fā)因素,故在進(jìn)行失效分析時(shí)對應力集中問(wèn)題不可忽視。
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