CC BY
110
18. Особенности электроконтактной приварки порошка пр-нпч3 на детали из чугуна/ Латыпов Р. А., Латыпова Г.Р., Дудин В.И. // Современные материалы, техника и технологии, №2, 2015, стр.97-101
19. Оценка относительной прочности соединения металлов на этапе схватывания при сварке давлением/ Латыпова Г.Р., Латыпов Р.А., Булычев В.В., Агеев Е.В. // Современные материалы, техника и технологии, №2, 2015, стр.102-108
20. Организация производственного процесса производства рычага/ Родионова И.Н., Поляков Н.С., Залогина В.В. // Современные материалы, техника и технологии, №3, 2015, стр.215-221
Lenchick Ivan Vladimirovich, student
(e-mail: [email protected])
Southwest state university, Kursk, Russia
Rodionova Irina Nikolaevna, Cand.Tech.Sci., associate professor
(e-mail: [email protected])
Southwest state university, Kursk, Russia
PROBLEMS AND PROSPECTS OF WELDING PRODUCTION IN RUSSIA
Abstract. This article addresses the issue of modernization of welding production in Russia in an unstable global economy.
Keywords. Welding engineering, welding process, modernization, welding works.
УДК 621.436-232
МЕХАНИЗМ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ В КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛАХ
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ Марьина Н.Л., к.т.н, доцент, ([email protected]), НИЯУМИФИ, г. Балаково, Россия Селифонов Е.К., студент, НИЯУ МИФИ, г. Балаково, Россия
В данной статье рассматривается развитие процесса локального или полного разрушения в теле коленчатого вала. В процессе деформации твердого тела вокруг дислокации дефектов структуры микро- и макротрещин, полостей, включений различного происхождения возникает высокая концентрация напряжений, которая является причиной появления новых дефектов или развития исходных.
Ключевые слова: начальные технологические остаточные напряжения, концентрация напряжений, пластическая деформация, усталостный излом, упрочнение поверхностного слоя.
Эксплуатационные данные свидетельствуют о том, что 70-85% поломок коленчатых валов происходят по щекам и противовесам от знакопеременных напряжений изгиба [3]. При этом усталостная трещина зарождается, как правило, в галтелях в местах перекрытия коренных и шатунных шеек, где возникает концентрация напряжений, и она проходит различные стадии развития. Так, в результате действия внешних сил уже на ранней стадии работы в опасных участках отдельные кристаллы подвергаются различным пластическим деформациям. Неоднородность этого деформирова-
ния обусловлена, главным образом, гистерезисом и необратимыми потерями энергии при циклическом нагружении. Пластические деформации отдельных кристаллитов и их групп вызывают в дальнейшем перераспределение напряжений как от внешних усилий, так и от остаточных напряжений [1-2].
В процессе производства высоконагруженных элементов коленчатых валов возникают начальные технологические остаточные напряжения [4]. Особенность последних состоит в том, что они действуют только в поверхностных слоях деталей глубиной 1-2 мм. Поверхностный слой, как правило, ослаблен из-за структурных и фазовых превращений, изменений по химическому составу, из-за наличия микроконцентраторов напряжений. Ослабление поверхностного слоя может быть связано с наличием начальных технологических остаточных напряжений от механической или термической обработки.
Значительное повышение запаса усталостной прочности при внешних знакопеременных нагрузках получается в результате поверхностного пластического деформирования (ППД) элементов КШМ: коленчатого вала -щек, противовесов, коренных и шатунных шеек, болтов крепления противовесов; подшипников скольжения; шатуна - кривошипной головки, крышки и стержня, шатунных болтов.
Повышение запаса усталостной прочности объясняется двумя основными причинами: благоприятным влиянием сжимающих начальных технологических остаточных напряжений (НТОН) и улучшением механических свойств поверхностного слоя в результате ППД.
Рис.1.Усталостный излом шатунной шейки коленчатого вала: 1 - гладкая притертая зона;
2 - промежуточный пористый поясок;
3 - зона кристаллического излома
Механизм усталостного разрушения материала элементов КШМ заключается в следующем: при действии знакопеременных напряжений в материале возникает усталостная трещина, постепенно проникающая вглубь конструкции. При переменных деформациях края усталостной трещины сближаются, образуя притертую, гладкую зону излома. По мере развития
трещины рабочая площадь сечения ослабляется, что ведет к разрушению элемента коленчатого вала при динамическом нагружении - ударе. Зона окончательного излома имеет грубозернистую поверхность. Опыты показывают, что усталостные трещины возникают только при знакопеременных динамических напряжениях.
Рис.2. Схема усталостного излома щеки коленчатого вала: 1 - фокус излома и очаг разрушения; 2 - вторичные ступеньки и рубцы; 3 - усталостные линии; 4 - -она ускоренного развития излома; 5 - зона долома
На рис.2 приведена схема усталостного излома щеки коленчатого вала, на которой показаны основные характерные зоны и признаки, позволяющие отличить усталостный излом от других видов излома (хрупкого, вязкого в условиях статического нагружения и др.).
Металлографические исследования образцов-свидетелей из материала коленчатых валов показали, что причиной зарождения усталостных трещин является постепенное накопление несовершенств кристаллической решетки в результате многократного повторения пластической деформации металла. Неоднородность реального металла ведет к большому разбросу напряжений не только в различных зернах, но и внутри одного зерна. Причем, усталостная трещина начинает развиваться как по зернам, так и по их границам. Так как в начале объем пластически деформированного материала сравнительно велик, то трещин появляется много, и они имеют хаотическую ориентацию. В дальнейшем пластические деформации сосредотачиваются, главным образом, в вершинах трещин, расположенных перпендикулярно действию нормальных максимальных напряжений, что определяет их преимущественное, по сравнению с другими направлениями, развитие. Появление магистральной трещины приводит к снижению напряжений в этой области, торможению трещин, которые развивались в других направлениях, что обычно характеризуется периодом стабильного
роста повреждения [2].
Первые линии сдвигов, появившиеся в слабых местах или в невыгодно расположенных зернах, постепенно расширяются по мере увеличения числа циклов нагрузки, превращаясь в полосы скольжения, являющиеся зародышами усталостных трещин. Первая стадия «усталости» металла коленчатого вала, заканчивающаяся появлением микротрещин, занимает 5-10% от общего числа циклов, потребного для разрушения образца-свидетеля при заданном режиме знакопеременного нагружения.
Дальнейшее увеличение числа циклов знакопеременного нагружения коленчатого вала приводит к слиянию микротрещин в трещины, видимые невооруженным глазом. Это вторая, наиболее длительная стадия развития усталостного разрушения занимает от 55 до 80% общего времени работы коленчатого вала под эксплуатационной нагрузкой.
Третья стадия - развитие макроскопической трещины, проникновение ее внутрь образца-свидетеля или элемента коленчатого вала - приводит к резкому уменьшению статической прочности и внезапно хрупкому разрушению образца-свидетеля или элемента коленчатого вала по зоне 4 (рис.2).
Последняя стадия 5 - зона долома непродолжительна и связана с сильным понижением эксплуатационной надежности коленчатого вала. Поэтому обнаружение усталостной трещины должно вести к принятию мер, замедляющих распространение последней или к немедленной замене коленчатого вала.
Таким образом, из приведенного анализа механизма трещинообразова-ния в элементах коленчатых валов следует, что разрушение последних по щекам, противовесам, коренным и шатунным шейкам от знакопеременных напряжений изгиба присущи все закономерности разрушения образцов-свидетелей и, следовательно, приведенные зависимости распределения энергии во время разрушения образцов с достаточной точностью могут быть использованы для элементов коленчатых валов. Анализ изломов показывает, что механизм разрушения последних при работе на двигателе и на стенде получается одинаковым и аналогичен картине практических поломок образцов-свидетелей.
Работа выполнена при финансовой поддержке МинобрнаукиРФ Госзадания Минобрнауки России № 9.896.2014/K.
The work is executed at financial support the Ministry of education of Russia government job of the Ministry of education of Russia № 9.896.2014/K.
Список литературы
1. Косырев С.П. Концентрация остаточных напряжений в коленчатом вале форсированного дизеля в условиях поверхностного пластического деформирования / С.П. Косырев, И.О. Кудашева, Н.Л. Марьина// - М: Ремонт, восстановление, модернизация, №5, 2011. С.35-38.
2. Марьина Н.Л. Механизм усталостного разрушения коленчатых валов форсированных дизелей - М: Тяжелое машиностроение, №7, 2011. С.22-24.
3. Стативкин Г.П. Усталостные поломки коленчатых валов дизелей и борьба с ними: Тр. ЦНИДИ, вып.60 / Г.П. Стативкин, В.А. Япчеленко. - Л., 1970. - С.37-43.
4. Серенсен С.В. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. Справочное пособие / С.В. Серенсен, В.П. Кочаев, Р.М. Шнейдерович. -М: Машиностроение, 1975 - 488 с.
Marina NL, Ph.D., Associate Professor, ([email protected]), Balakovo Institute of Engineering and Technology, a subsidiary of MEPhI, Balakovo, Russia Selifonov EK, student,
Balakovo Institute of Engineering and Technology, a subsidiary of MEPhI, Balakovo, Russia MECHANISM OF CRACKING IN CRANKSHAFTS OPERATION
Abstract. This article describes the development process of the local or complete destruction of the body of the crankshaft. During the deformation of a solid body around the dislocation microstructure defects and macro-cracks, voids, inclusions of various origins there is a high concentration of stress, which is a cause of new defects or developmental source.
Keywords: initial processing residual stress, stress concentration, creep, fatigue fracture, hardening of the surface layer.
УДК 621.787.6
КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В КОЛЕНЧАТОМ ВАЛЕ В УСЛОВИЯХ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСККОГО
ДЕФОРМИРОВАНИЯ Марьина Надежда Леонидовна, к.т.н., доцент (e-mail: [email protected]) Балаковский инженерно-технологический институт (филиал) НИЯУ «МИФИ», г. Балаково, Россия
В данной статье раскрывается важность решения задачи повышения работоспособности конструкций. Задача принадлежит проблеме увеличения коэффициента использования материала при изготовлении коленчатых валов путем применения точноштампованных заготовок.
Ключевые слова: дробеструйная обработка, коленчатый вал, галтель-ные зоны, остаточные напряжения.
Усталостная прочность современных коленчатых валов высокофорсированных дизелей при динамическом знакопеременном нагружении обеспечивается в основном снижением действующих динамических напряжений, увеличением размеров сечений, нейтрализацией концентрации напряжений и примением высокопрочных материалов. В этих условиях гораздо большее значение приобретают другие направления увеличения сопротивления усталости, которые связаны с прогрессивными и высокоэффективными методами упрочнения только тех мест конструкции, усталостное разрушение наиболее вероятно.
Анализ усталостных разрушений колена коленчатого вала шатунов показывает, что зарождение усталостной трещины наблюдается в галтельном радиусе перехода шатунной шейки в щеку коленчатого вала в зоне наименьшего сечения. Подобная закономерность трещинообразования свиде-
