Способ снижения уровня остаточных напряжений в материале

Способ снижения уровня остаточных напряжений в материале

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к испытаниям на усталость. Предварительно изготавливают образец из исследуемого элемента конструкции или исследуемого материала, определяют диаграмму деформирования, по ней находят величину остаточной деформации при напряжении, равном величине потребного снижения остаточного напряжения Да Определяют зависимость предела циклической ползучести от среднего напряжения цикла От, а параметры циклического нагружения находят из соотношений Тт (Тост, 0 (Тц.п. (ОостМИН) + Да, где OOCT - остаточное напряжение в материале; амаксимальное напряжение цикла; а,, п предел циклической ползучести; оЈстн - 7oci - Atr. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.. 1 табл.

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (I i ) (я)5 G 01 N 3/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

j9 )* j o

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4786610/28 (22) 29,01.90 (46) 23,07.92. Бюл, N. 27 (71) Институт проблем прочности АН УССР и Киевский центр научно-технического творчества молодежи Прогресс" (72) В.И, Власенко, В,А. Дегтярев и ГП Чернецов (56) Бороздина А. М., Герцов Л. Б. Релаксация напряжений в металлах и сплавах. — M.:

Металлургия, 1978, с. 256.

Дегтярев В. А. и др. Влияние циклической ползучести на остаточные сварные напряжения, —. Проблемы прочности, 1988, %

3, с, 2б-31. (54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В МАТЕРИАЛЕ

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов и конструкций и может быть использовано при испытании на

: релаксацию напряжений, а также для выбора режимов вибрационной обработки. имеющей целью снижение уровня остаточных напряжений в конструкциях и в образцах, предназначенных для механических испытаний, Известен способ выбора режимов на гружения при испытаниях на релаксацию, основанный на использовании технических теорий ползучести, включающий операции определения диаграммы растяжения материала, модуля его упругости и скорости ползучести в зависимости от времени. Используя уравнения теорий полэучести (упрочнения, течения, старения) и данные, полученные при проведении указанных опе2 (57) Изобретение относится к испытаниям на усталость. Предварительно изготавливают образец иэ исследуемого элемента конструкции или исследуемого материала, определяют диаграмму деформирования,по ней находят величину остаточной деформации при напряжении, равйом величине потребного снижения остаточного напряженияя Л о. Оп редел я ют зависимость и редела циклической ползучести от среднего напряжения цикла o>, a параметры циклического нагружения находят из соотношейий o>= аост, 0 = o «, (аост н)+ Ао, где о ст — остаточное напряжение в материале;

o — максимальное напряжение цикла; cf«,— предел циклической ползучести; о 7" =

=Оост — Л(т. 1 э. и, ф-лы, 4 ил,. 1 табл, раций, рассчитывают величины снижения напряжения для каждого из режимов нагружения, т. е. получают взаимосвязь между величиной снижения напряжения и режимами нагружения, и по заданной величине снижения напряжения выбирают необходимый режим нагружения.

Однако данный способ является недостаточно точным, поскольку теории полэучести, на которых базируется способ, даже при введении функции нестабильности материала, которую делают зависимой от числа циклов нагружения. или при использовании теорий со структурным параметром, модифицированных введением функции циклической нестабильности, демонстрируют неудовлетворительное соответствие эксперименту.

1749764

Наиболее близкйм к предлагаемому по мальным напряжениям, при которых надантехйической сущности и достигаемому ре- ной базе испытаний в результате цикличезультату является способ снижения оста- ской ползучести возникает остаточная точных напряжений в материале, деформация, равная той, которая обеспечизаключающийся в том, что производят цик- 5 вает снижение остаточных напряжений на личе>ское нагружейие при значении макси- заранее заданную величину, Прикладываемальйбгонайряжения цикла, определяемом мую к конструкции начальную нагрузку выбирают такой, чтобы сумма максимального остаточного напряжения растяжения и наОцп < G+ Оост < Ж, (1) 10 пряжения от этой нагрузки была не меньше предела циклической ползучести (что где о- максимальное напряжение цикла; . обуславливает протекание процесса цик QcT= éòàòo÷Aîå напряжение в матери- лической полэучести. приводящего к уменьале; шению остаточных напряжений), но не стц,п — предел циклической ползучести; 15 больше предела выносливости, За счет того, что сумма остаточного наНедостаток известного способа заклю- пряжения и напря>кения от вибрационной чается в невозможности снижения остаточ- нагрузки в предлагаемом способе не меньных напряжений на заранее заданную ше предела циклической ползучести, но не величину. 20 превосходит предела выносливости, дости-

Цель изобретения - повышение точно- гается эффективное снижение остаточного

: сти задания величины снижения. остаточно- напряжения, а также предотвращается ycrî напряжения. талостное повреждение конструкции от

Поставленная цель достигается тем, что . вибрационной нагрузки. согласно способу снижения уровня остаточ- 25 С целью сохранения усталостной прочных напряжений материал конструкции ности в случае, когда сумма остаточного йодвергают циклическому нагружению при напряжения оост и напряжения от вибрациэначании максимального напряжения цик- онной нагрузки превосходит предельное ла, определяемом из соотношения (1). Со- напряжение цйкла, осуществляютступенчагласно способу статически нагружают 30 тоенагру>кение,а величинутребуемогоснидойолнительныйобраэецматериалаинахо- жения напряжения Ла разбивают на дят величину остаточной деформации при . ступени так, что максимальное напряжение напряжении, равном величине потребного режима виброобработки для каждой.из стуснижения остаточного напряжения Ло; пеней не превышает предельного напряже для которой определяют зависимость пре- 35 ния цикла, а вибрационное нагружение дела циклической полэучести от среднего проводят в несколько последовательных напряжения цикла cpm, а параметры цикли- ступеней. ческого нагружения определяют из соотно- На фиг. 1 показана схема назначения

- шений неповреждающих режимов вибрационного

40 нагружения; на фиг, 2 — схема определения д„, = д„, д= gц „(гг„," ") + Qд, (2) остаточной деформации и соответствующего ей значения остаточного напряжения; на

"и" = О. - сг фиг. 3 — пример реализации способа снигде Оост,= Оост

Крометого, когда сумма исходной вели- жения статического растягивающего чины остаточного напряжения и о го напряжения и требуемого "5 напряженйя втитановом сплаве при односту-. напряжения ви рационной н б ионной нагрузки пре- пенчатом вибрационном нагружении; на фиг, восходит предельное напряжение цикла, 4 — то же, по схеме двухступенчатого режициклическое нагружение производят сту- ма вибрационного нагружения. пенчато. а каждои ступени, н . H ступени начиная. со П редлагаемый способ осуществляют второй, параметры цикла нагружения опре- 50 следующим образом. з словия равенства начального Предварительно определяют диаграмний иг. 1, Линия значения остаточного напряжения данной му предельных напряжений (фиг. ), иния ступени и конечного значения остаточного н го значения остаточного 1 соответствует пределам выносливости и напряжения предшествующей с-„пени. шествующей с-„пени. ограничивается пределом длительной прочВ соответствии с предлагаемым спосо- 55 ности og на заданной базе испытаний и б ельна определяют для конст- пределом выносливости при симметричном бом предварителы а рукции диаграмму ред амму г редельных напряжений цикле î-1. Линия 2 соответствует пределам цикла с участко, со т астком соответствующим преде- полэучести материала конструкцйи и огралам ltHKllHf6 ко с ой пол учести, т. е. макси- ничиваетсяпределомползучести оимини1749764 мальным пределом циклической ползучести ом""цл. Предварительно находят эпюру остаточных напряжений и определяют максимальное остаточное напряжение рас- тяжения (ОН) оост (т. А), Геометрическим 5 местом точек, соответствующих значениям остаточных напряжений растяжения, является прямая, проведенная из начала координат под углом 45О, 10

Задаются конечные величины остаточНОГО НаПРЯжЕНИЯ Стмин1(т. А1), КОТОРОЕ НЕОбХОДИМО ПОЛУЧИТЬ. ЗНаЧЕНИЕ Омин1 выбирают иэ различных соображений; одним из условий его выбора может служить

15 условие поСтолнства геометрической формы изделия. Это условие выполняется в том

СЛУЧаЕ, КОГДа ВЕЛИЧИНа Омин1 СООтВЕтСтВУет напряжению, при котором накопление остаточной деформации не происходит, епл О.. .. 20

Таким образом, величина снижения остаточных напряжений, определяется как.

4Ст1 = 0ост С мин1 °

Методика определения величины остаточной деформации и соответствующего ей значения остаточного напряжения приведена на фиг, 2, Если остановить проЦесс нагру- жения образца, изготовленного из материала конструкции, в какой-то момент времени (фиг. 2, т. А на диаграмме дефор- 30 мирования), а затем разгрузить до сг=О, то получают определенное значение остаточной ДефоРмаЦии он 1. Точка пеРесечениЯ линии разгрузки с осью ординат определяет величину снижения остаточного напряжения . Ьп1, соответствующего

ОСтатОЧНОй ДЕфОРМаЦИИ Снл1, АНаЛИЗ ГРафИка (фиг. 2) показывает, что снижение остаточного напряжения можно определить по формуле ЬЩ = япл1 Е, где Š— модуль упруго- 40 сти материала. Большее снижение остаточного напряжения ЬО2 возникает при большей остаточной деформации ьпл2, Как следует из приведенного графика „ (фиг. 1), для снижения остаточных напряжеНИй Оост На ВЕЛИЧИНУ, НЕ МЕНЕЕ ЧЕМ ЛО1 На заданной базе испытаний, достаточно приложить симметричную вибрационную нагрузку с амплитудой напряжений, равной отрезку АБ, Однако, в том случае, когда требуемая величина снижения ОН достаточно велика, например Лс, и не может быть снижена эа одну ступень приложения нагрузки, так как амплитуда напряжений о, соответствующая отрезку АВ, превышает линию 1 предельных напряжений, снижение остаточных напряжений до требуемого уровня можно достигнуть многоступенчатым нагружением. Сначала уменьшают остаточные напряжЕНИЯ В КОНСТРУКЦИИ ДО Оми, 1 таК,КаК Эта описано, а затем вибрационную нагрузку увеличивают дО величины А1В1. Если начальные ОК меньше среднего напряжения цикла минимального предела циклической ползучести, то для снижения ОН необходймо прикладывать к конструкции асимметричную вибрационную нагрузку, Например, при ОН съ>ст= о инз напряжения от внешней нагрузки равны (Ъ=АС, v, =АБ, В остальном методика снижения ОН остается беэ изменений.

На фиг, 3 представлен конкретный пример реализации способа, Линия 1 ограничивает максимальные напряжения цикла по критерию усталостного разрушения и соответствует пределам выносливости, определенным при средних напряжениях цикла оп=675 МПа и 788 МПа на базе N--10 циклов нагружейия. Линия 2 соответствует пределам циклической полэучести сплава, определенным при заданной величине остаточной деформации на базе испытаний

110 циклов, Линия 3 — максимальные на5 пряжения, при которых остаточная деформация епл=0, Так как cfocT=775 МПа, то съем =25 МПа, а при достижении остаточной деформации он =-2,35 10 величина снижения статических (остаточных) напряжений составляет 25 МПа. Линия 2 {фиг. 3) соответствует предела1и циклической ползучести сплава, определенным по величине остаточйой деформации спл=2,35 10 . Восстанавливая перпендикуляр из точки А1 до пересечения с линией 2, определяют величину амплитуды напряжений с,=87,5 МПа, которую нужно прйложить к образцу, так как отрезок АБ=А1Б1. Находят, что сумма оссг+ о =862,5 МПа, в то время как предел выносливости при заданном среднем напряжении ст,=775 МПа равен 863 МПа. Результаты испытания представлены в таблице, Из представленных в таблице результа-. тов видно, что использование разработан- . ной методики позволяет снизить начальное статическое напряжение на величину, не менее заранее заданной.

На фиг, 4 показана схема выбора режимов нагружения, когда требуется снизить напряжения op(T=825 МПа до величины не более 750 МПа, Чтобы не выйти за границы рабочей области, это снижение производят в два этапа. Сначала, использовав линию 2

-4 при foe 4,7 10, снижают статические напряжения на 50 МПа, а затем по схеме, приведенной на фиг, 3, еще на 25 МПа, 1Т49764

Ф о рмул а изобретен и я деформациипринапряжении,равном вели1. Способ снижения уровня остаточных чийе конкретного снижения остаточного нанапряженийвматериале,заключающийся в пряжения Ьо; для которой определяют том, что производят циклическое нагруже- - зависимость ппредела циклической ползучение материала при значении максимально- 5 сти от среднего напряжения цикла vm, а

r0 напряжения цикла; определяемом из параметры циклическото нагружения onpecoîòHîéåéè4 .- деляют из соогноаений

Сдр < 0 МУост < 0 й, где cr- максимальное напряженйе цйкла; cr< - а«т; о= a«(e«>""")+ Ьи, proc - остаточное напрМение в матери- 1О где croo "ooc - Ло але; .: ..:: . 2. Способ по и. 1, о т л и.ч а ю шийся фр — предел циклической nолзучести; тем. что циклическое нагружение произвоо — предел выносливости, . дят ступенчато, на каждой ступени, начиная отличающийся тем, что, с целью со второй, параметры цикла нагружения Опповышения точности задания величины 15 ределяют из условия равенства начального снижения. остаточного напряжения, стати- значения остаточного напряжения данной . чески нагружают дополнительный образец ступени и конечного значения остаточного материала и находят величину остаточной напряжения предшествующей ступени.

1749764

РЬ max, Мйа й;.г. 3

1иг. 4

Составитель В, Власенко

Редактор И. Дербак Техред M,Moðãåíòàë Корректор А, Осауленко

Заказ 2590 Тираж " — Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

133035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101