По результатам экспериментов по влиянию температуры на усталостные характеристики меди Ml показана принципиальная возможность повышения циклической прочности конструкционных материалов

Бельский, Сергей Евграфович

Блохин, Алексей Владимирович

Царук, Федор Федорович

Belarusian State Technological University

207ЛИТЕРАТУРА1. Довгялло И.Г., Каледин Б.А., Сурус А.И., Бельский С.Е. Влияние механиче-ских колебаний на качество диффузионного слоя стальных деталей при низкотемпера-турной карбонитрации // Труды БГТУ. Лесная и деревообрабатывающая промышлен-ность. -М н., 2000. Вып. УП1. С.207-213.2. Довгялло И.Г., Сурус А.И., Бельский С.Е. Влияние механических колебаний при низкотемпературном азотировании на характеристики упрочненного слоя // Труды БГТУ. Лесная и деревообрабатывающая промышленность. -  Мн., 1999. Вып. VII. С.153-158.3. Состав для термического восстановления изношенных стальных изделий. А.с. № 1696574. Кл с 238/48. 1987.УДК 621.185.532.С.Е. Бельский, доцент; Ф.Ф. Царук, доцент; А.В. Блохин, аспирантК РАЗРАБОТКЕ МЕТОДИКИ ПОВЫШЕНИЯ УСТАЛОСТНЫХХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВPossibility of using temperature and period of holding for increasing the fatiguestrength is represented.В связи с тем, что для большинства деталей лесных машин и деревообрабаты-вающего оборудования главным критерием работоспособности является прочность (циклическая прочность), разработка методов повышения усталостных характеристик материалов и элементов конструкций является весьма актуальной научной и инженер-ной задачей. Значительная сложность процесса усталостного повреждения и рассеяние получаемых характеристик требует получения большого объема экспериментальных данных по усталостным свойствам материалов, что невозможно без использования в исследовательской практике ускоренных методов определения характеристик устало-сти. Применение высокочастотных усталостных установок для сравнительных испыта-ний дает возможность оперативно проверить влияние различных факторов на способ-ность материала или деталей машин сопротивляться воздействию циклических нагру-зок при значительном сокращении затрат времени и труда [1,2].В связи с тем, что процессы усталостного повреждения в значительной мере оп-ределяются протеканием микроструктурных превращений в материале, разработка ме-тодов увеличения усталостной прочности невозможна без исследования кинетики структурно-чувствительных свойств. Из-за значительной сложности исследуемого яв-ления целесообразно опыты первоначально проводить на простых, хорошо исследо-ванных однофазных материалах. В данной работе рассмотрены некоторые результаты по исследованию циклической прочности медного сплава Ml при знакопеременном симметричном изгибе в диапазоне температур 293°К -  673°К. Нагружение образцов осуществлялось с помощью магнитострикционного резонансного стенда (fpe3= 8,8 кГц) и электродинамического вибростенда (fpe3:= 0,22 кГц). Испытательный стенд работал в автоколебательном режиме с автоматическим поддержанием амплитуды колебаний об-разцов, которые представляли собой балочки прямоугольного сечения (1,7x6 мм), вы-резанные вдоль направления проката, подвергнутые вакуумному отжигу, шлифовке и электрополировке. На низкой частоте нагружения образцы колебались по первой соб-208ственной форме колебаний, на высокой частоте -  по второй. Нагрев образцов в элек-тропечи сопротивления (макс, отклонение ±2°К) производился с выдержкой образца при заданной температуре до нагружения в течение часа. Испытания продолжались до появления в образце усталостной трещины заданного размера, что отмечалось по паде-нию резонансной частоты установки.Статистическая обработка результатов усталостных испытаний, осуществленная на основании гипотезы нормального закона распределения, позволила установить, что температура практически не влияет на характеристики рассеяния усталостной долго-вечности исследованного материала, лишь несколько увеличивая вероятность разруше-ния образца с ростом температуры. Увеличение температуры практически не сказалось на форме усталостных кривых, но привело к монотонному снижению усталостной дол-говечности для всех баз испытаний. Можно отметить увеличение интенсивности сни-жения долговечности с ростом числа циклов нагружения. Повышение температуры ис-пытаний более ощутимо влияло на протекание процесса усталостного повреждения по сравнению с числом циклов, значительно интенсифицируя падение циклической проч-ности материала. Увеличение частоты нагружения (от 0,22 до 8,8 кГц) при нормальной и повышенной температуре практически не сказалось на форме усталостных кривых. При этом сохранялась их эквидистантность и отмечался монотонный рост усталостной долговечности для всех баз испытаний (рис. I, 2).Накопление повреждений в слабых и наиболее благоприятно ориентированных по отношению к приложенному напряжению микрообъемах материала приводило к воз-никновению на полированной поверхности образцов полос скольжения, являющихся результатом выхода на поверхность дислокационных скоплений в виде плотно распо-ложенных экструзий и интрузий. Кинетика величины напряжения, соответствующего моменту появления полос скольжения (циклическому пределу текучести а цт), показы-вает монотонное снижение данной характеристики с ростом числа циклов разрушения для всех исследуемых температур и частот колебаний аналогично кривым усталости (рис. 3).N, цикл.Рис. 1: 1 -  293°К; 2 -  428°К; 3 -  543°К; 4 -  613°К; 5 -  673°КРис. 2: 1 -  8,8 кГц (543°К); 2 -  0,2 кГц (543°К)N, цикл.Рис. 3: 1 -  8,8 кГц (273°К); 2 -  8,8 кГц (543°К); 3 -  0,22 кГц (273°К); 4 -  0,22 кГц (5х43°К)Все вышеперечисленное позволяет предположить отсутствие значимых различий в физике процесса усталостного повреждения на низких и высоких частотах нагруже-ния во всем температурном диапазоне и приступить к изучению представляющего зна-чительный интерес эффекта влияния времени вылеживания образцов после нагружения на характер протекания дислокационных превращений, для чего были проведены ис-следования кинетики такой структурно-чувствительной характеристики, как микро-твердость Нм, с помощью прибора ПМТ-ЗМ по стандартной методике.Результаты экспериментов показывают (рис. 4), что увеличение времени вылежи-вания при комнатной температуре для всех уровней циклических напряжений характе-ризуется увеличением Нц на начальной стадии до максимума с последующим ее уменьшением при сохранении конфигурации кривых изменения микротвердости (0,22 кГц). Данное обстоятельство говорит об отсутствии коренного отличия процесса усталостного нагружения на существенно различных уровнях циклических напряже-210ний. Это позволяет в дальнейшем обоснованно воздействовать различными факторами (в частности, выдержкой при определенной температуре в течение различного времени) на материалы и элементы конструкций для повышения их усталостной прочности.Рис. 4: ♦ -  исходи.; А - а  = 2 0 ч ; х - о  = 7 2 ч ; И - а  = 168 ч ЛИТЕРАТУРА1. Tsaruck F., Novitskiy A. Method of the accelerated prediction of fatigue properties of metals at normal and heightened temperatures by results of high-frequency tests, Proceedings of III international symposium on tribo-fatigue ISTF 2000, Hunan University Press. -  China, 2000. -P . 193-195.2. Довгялло И.Г., Царук Ф.Ф., Новицкий A.B., Рудченко Д.Н. Влияние высокочас-тотных колебаний на изменение усталостных характеристик сплава АМг2 в условиях повышенных температур // Труды БГТУ. Сер. лесн. и деревообр. пром-сти. -  Минск, 1999. -Вып. VII. -  С. 145-148.3. Dovgyallo I., Tsaruck F., DolbinN., DovgyalloA. Estimation of influence of frecuency of flexural vibrations of structural sensitive characteristics of 20x13 steel // The 4 Th. International Symposium on Creep and Coupled Processes. -  Bialostok, 1992. -  P. 57- 63.

К разработке методики повышения усталостных характеристик конструкционных материалов

https://elib.belstu.by/bitstream/123456789/55897/1/%d0%91%d0%b5%d0%bb%d1%8c%d1%81%d0%ba%d0%b8%d0%b9%20%d0%a1.%20%d0%95.%20%d0%9a%20%d1%80%d0%b0%d0%b7%d1%80%d0%b0%d0%b1%d0%be%d1%82%d0%ba%d0%b5%20%d0%bc%d0%b5%d1%82%d0%be%d0%b4%d0%b8%d0%ba%d0%b8%20%d0%bf%d0%be%d0%b2%d1%8b%d1%88%d0%b5%d0%bd%d0%b8%d1%8f.pdf

К разработке методики повышения усталостных характеристик конструкционных материалов

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Belarusian State Technological University