 |
Реклама. ООО "ГК "ВЕЛУНД СТАЛЬ СЗ" Erid: 2SDnjeQyn2n
| |
МАЛОЦИКЛОВАЯ УСТАЛОСТЬ НАТУРНЫХ ОБРАЗЦОВ
Прочность детали при повторных нагрузках в значительной степени зависит от ее размеров и конфигурации. Известно, что с увеличением размеров деталей снижаются характеристики циклической усталости. Чувствительность к эффекту масштаба увеличивается с повышением прочности материала. Влияние размеров и конфигурации деталей, работающих при повторных нагрузках, обычно учитывают с помощью коэффициентов масштабного фактора и концентрации напряжений. Однако расчет прочности детали с использованием результатов испытаний стандартных образцов и коэффициентов не определяет истинных характеристик работоспособности детали. Обычно неточности расчета и нестабильность усталостных свойств учитывают коэффициентом запаса прочности. Однако этот учет не является полным, поэтому для определения характеристик усталости при конструировании ответственных узлов в больших масштабах проводят циклические испытания натурных образцов и деталей.
В настоящем разделе приведены результаты исследования МЦУ натурных трубчатых образцов из титановых сплавов ВТ14, ВТ22 и стали 30ХГСНА. Высокопрочная сталь 30ХГСНА нашла широкое применение в ответственных силовых конструкциях, поэтому она использована для сравнения при исследовании усталости высокопрочных титановых сплавов.
Испытания проводили на специальных стендах на знакопеременный изгиб при симметричном цикле нагружения. Для контроля приложенных нагрузок использовали манометры, тензодатчики и динамометры.
 МЦУ натурных образцов, изготовленных из различных материалов. Для сравнения МЦУ различных материалов испытана серия несварных образцов (рис. 77, а), из сплава ВТ14 (σв = 92 кгс/мм2), ВТ22 (σв=110 кгс/мм2) в отожженном состоянии и стали ЗОХГСНА после закалки и отпуска (σв = 170 кгс/мм2). Испытания образцов проводили на трех уровнях напряженности. Кривые строили в координатах N→σи /σв (где N - число циклов до разрушения; σи = вmax = вmin - максимальное напряжение цикла, σв - временное сопротивление разрушению основного металла). Для построения кривых использовали четвертую точку: при σи /σв, N = 0. Результаты испытаний (рис. 78) свидетельствуют о высокой работоспособности при малоцикловых нагрузках образцов из высокопрочных сплавов титана в отожженном состоянии. Долговечность образцов из сплавов ВТ14 и ВТ22 выше долговечности образцов из стали 30ХГСНА.
Таким образом, замена указанной стали на высокопрочные сплавы титана кроме снижения массы приводит к увеличению работоспособности конструкции. Аналогичные образцы были испытаны на статический изгиб до разрушения с целью определения коэффициента пластичности. В результате испытаний установлено, что коэффициенты пластичности исследуемых материалов близки между собой: для сплава ВТ14 он составляет 1,605, для стали 30ХГСНА - 1,71, а для сплава ВТ22 - 1,75.
Влияние концентрации напряжений. Наличие концентраторов напряжений на реальных деталях неизбежно. Концентрация напряжений оценивается коэффициентом концентрации напряжения ав, который определяется отношением местного напряжения в зоне концентрации к напряжению в том же месте, вычисленному теоретически без учета концентрации напряжений. При одном значении ав влияние концентрации напряжений будет различным в зависимости от материала детали, его физико-механических свойств.
Для изучения влияния концентрации напряжений (в виде галтели) на МЦУ деталей из сплава ВТ22 испытаны натурные образцы с радиусами r, равными 15 и 30 мм в месте перехода диаметров с 96 на 108 и с 92 на 96 мм при внутреннем диаметре dBн = = 76 мм (рис. 77). Коэффициент концентрации напряжений в галтелях рассчитывали по формуле [26]
Для перехода диаметров с 96 на 108 мм при r= 15 мм ав = 1,42 и при r=30 мм аσ = 1,23; для перехода диаметров с 92 на 96 мм при г= 15 мм аσ = 1,34. Все испытанные образцы с r = 15 мм по переходу диаметров с 96 на 108 мм (аσ = 1,42) разрушались в этом сечении. При увеличении r до 30 мм (аσ = 1,23) место разрушения сместилось на переход диаметра 92 на 96 мм с r= 15 мм (аσ = 1,34); при этом долговечность образцов до разрушения увеличилась в 2-3 раза. Эти результаты свидетельствуют о значительном снижении долговечности узлов из сплава ВТ22 при циклических нагрузках при наличии в них концентраторов напряжений, поэтому при проектировании деталей из высокопрочных титановых сплавов при наличии в них концентраторов напряжений необходимо учитывать следующие рекомендации: все места переходов диаметров выполнять с максимально возможными радиусами; повышать требования к чистоте поверхности, особенно в местах концентрации напряжений; применять поверхностный наклеп в местах концентрации напряжений.
Испытания на МЦУ сварных натурных образцов. Для исследования малоцикловой выносливости сварных швов, были изготовлены специальные натурные образцы (рис. 77, б) из сплавов ВТ14, ВТ22 и высокопрочной стали 30ХГСНА. Схема закрепления образцов выбрана такой, чтобы обеспечить разрушение по сварному шву.
Образцы из титановых сплавов сваривали неплавящимся электродом в среде аргона с присадочным материалом СПТ2. После сварки проводили отжиг при температуре 750°С с охлаждением для ВТ22 в печи, для ВТ14 на воздухе. Образцы из 30ХГСНА сваривали дуговой сваркой плавящимся электродом 0Х4МА под слоем флюса АН-15М с последующей упрочняющей термической обработкой (закалка + отпуск). С целью получения максимальной информации результаты испытаний представлены в различных координатах (рис. 79).
Использование координат и σи /р и σи•102/σк р
(где р - плотность; σк - конструктивная прочность натурных образцов при испытании на статический изгиб) следует считать условным. Авторы предлагают называть эти характеристики соответственно удельным напряжением и удельным коэффициентом напряженности. Применение указанных характеристик целесообразно для сравнения долговечности материалов с различной плотностью в случае применения этих материалов для конструкций, в которых масса имеет существенное значение.
Таким образом, всесторонние исследования МЦУ сварных соединений высокопрочных сплавов титана показали, что на их долговечность комплексно влияют различные технологические и металлургические факторы и чувствительность этой группы сплавов, к концентрации напряжений.
В то же время доказано, что при правильном выборе способов и режимов сварки, рациональном конструировании сварного соединения с обеспечением необходимого усиления и плавных галтельных переходов возможно создание высокоэффективных сварных конструкций малой массы с длительным ресурсом работы.
При этом наибольшая долговечность характерна для сварных швов, сочетающих уровень прочности порядка 100 кгс/мм2 с высокими показателями пластичности и ударной вязкостью, а также имеющих минимальное число пор в металле сварного шва. Реклама. ООО "СНАБСТАЛЬ" Erid: 2SDnjcaFPNJ |
| 
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ