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應(yīng)力集中現(xiàn)象是普遍存在的,它對失效的影響很大,應(yīng)當(dāng)加強技術(shù)監(jiān)督,嚴格檢查,消除一些不必要的應(yīng)力集中因素(如加工缺陷)。同時,要采取一定的技術(shù)措施,在設(shè)計和加工中盡量減小應(yīng)力集中程度。
1,從強化材料方面降低應(yīng)力集中的影響
采取局部強化以提高應(yīng)力集中處的材料疲勞強度,從而減少應(yīng)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(yīng)淬火、滲碳、滲氮和復(fù)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(yīng)力,由此降低應(yīng)力集中的影響。
(2)薄殼淬火
直徑大且有截面變化的短軸類零件,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(nèi)存在殘余壓應(yīng)力,可降低應(yīng)力集中的影響。薄殼淬火與表面感應(yīng)溶火相比有其較為有利的一面,即對于類似的零件,感應(yīng)率火容易使截面變化的過渡區(qū)(如軸肩)無法淬火而存在殘余拉應(yīng)力,反而加大了應(yīng)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(yīng)力,從而降低應(yīng)力集中的危害。
高強度材料表面粗糙度值大或有缺陷時,噴丸處理對降低應(yīng)力集中的影響更明顯。應(yīng)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(yīng)力,從而降低應(yīng)力集中的有害作用。其效果與滾壓參數(shù)及材料本身的組織性能有關(guān)。
2,從設(shè)計方面降低應(yīng)力集中系數(shù)
(1)變截面部位的過渡應(yīng)盡可能地加大過渡部分的圓角,使過渡區(qū)接近于流線形,同時也要考慮到工藝性。可以改變過渡方式,采用橢圓過渡比圓弧過渡更好,或者采用其他過渡方式。
(2)根據(jù)零件的受力方向和位置選擇適當(dāng)?shù)拈_孔部位孔一般應(yīng)開在低應(yīng)力區(qū),如果必須開在高應(yīng)力區(qū),則應(yīng)采取補強措施。橢圓形的長軸應(yīng)與主應(yīng)力方向平行,以降低應(yīng)力集中系數(shù)。
(3)在應(yīng)力集中區(qū)附近的低應(yīng)力部位增開缺口和圓孔這樣可使應(yīng)力的流線平緩,從而降低最大應(yīng)力峰值。例如,圖a所示的應(yīng)力集中系數(shù)為3,而圖b所示的應(yīng)力集中系數(shù)為2.63。
同樣,在應(yīng)力集中區(qū)附近的低應(yīng)力部位,加開卸載槽(圖),也可改善應(yīng)力集中情況。
加開卸載槽對應(yīng)力集中的影響
大量的失效分析表明,加工中的刀痕、焊接時的缺陷、危險截面部位的非金屬夾雜物、圓弧過渡的不光滑等,往往成為零件失效的直接促發(fā)因素,故在進行失效分析時對應(yīng)力集中問題不可忽視。