CC BY
37
№ 9
2006
621.882:539.4.014.2
ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БОЛТОВ НА ОСНОВЕ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ГРЕ Н И РО В К И П Е РЕ МЕ И Н ЬIМ И РАСТЯ Г И В А Ю U| И М И Н А П РЯ Ж Е Н И Я М И
Д-р тел 11. наук В.Я. ГЕРАСИМОВ. инж.Д.И. ПАРЫ!IIEB
Выполнены исследования 'пекшропрово<)носши метана на /)сн>бовои и елш'жой частях болтов in стали 40Х с резьбой М 22x2,5. и ^'отовлешшй ¡нг-ишием и накаШыва-нием. Получены «пиковые» значения силы шока и временного сопротивления при Он иамической тренировке металла в резьбовом н/)о</)иле при числе циклов переменно/а растяжения болтов от 2000 ()о J ООО.
The studies on the metal conductivity in ¡he thread and smooth parts of the Jte//.v from steel 4 OX with the thread M22x2.5. made through cutting and mil inare fulfilled. The «peak» values of the current strength and temporary resistance are achieved by the dynamic training oj the meted in the thread profile by the quantity from 2000 up to .WOO cycles of the variable holt extensions.
Исследованиями И.А. Впргера и Г.Б. Иосилевича | i | доказана возможность повышения долговечности болтовых соединений благодаря деформационной тренировке предварительным растяжением резьбового изделия при напряжениях, превышающих 1.2 п\ (сгт - предел текучести материала).
Данный способ был подтвержден экспериментально при испытаниях болтов из стали ЗОХГСА (ств = 1200 МПа; от = 850 МПа) с накатанной резьбой М I 8х 1,5, когда долговечность была повышена до 150% по сравнению с обычными бол тами. Аналогичные результаты представлены в [2], они получены в процессе статической перегрузки болтов из стали Ст.З с нарезанной резьбой М 18 до величины предела текучести. При этом повышение усталостной прочности при действии переменных растягивающих напряжений составило 168% но среднему количеству циклов и 180%» по минимальному количеству циклов динамического нагружения.
В [3] показана роль масштабного фактора при тренировке металла циклическими перегрузками. На примере усталостных испытаний при одинаковой начальной тренировке цилиндрических образцов диаметром от 7,52 до 30 мм из стали 45 установлено разупрочнение крупных образцов до 4...5%, а образцов малого диаметра — до 6%.
При предварительной тренировке металла в динамическом режиме силового нагружения стальных образцов возникает подвижность барьеров вследс твие перемещения дис-клокаций. Это равносильно образованию новых барьеров при обратном движении дислокаций, что приводит к дополнительному деформационному упрочнению металла |4|.
Приведенные результаты послужили основанием для проведения настоящего исследования.
На первом этапе были изготовлены болты из стали 40Х с нарезанной и накачанной резьбой М 22x2,5. Затем подвергали усталостным испытаниям резьбовые соединения болт-—гайка при действии переменных растягивающих напряжений при a t ] -■■-130 Villa и стчпх-260 МПа с частотой нагружения 500 мшг! при коэффициенте асимметрии цикла R - 0,5.
Оценка структурного состояния металла на профиле деформированной резьбы выполнена неразрушающим электроиндуктивным методом, который апробирован В.Я. Ге-
№9
2006
расимовым в процессе металлофизичсских исследований стальных образцов и стержневых изделий [5,6]. Зоны контроля металла на резьбовом профиле (зона /) п па гладком стержне (зона 2) показаны па рис. I.
В процессе контроля определяли электропроводность исходного и деформированного металла в указанных зонах путем установки в них элсктрсжндуктивпого рабочего датчика, включенного в электрическую цепь генератора высокочастотных электромагнитных колебаний [7]. При этом в металл проникает"тэлсктромап11ггный поток, который оказывает направленное действие благодаря концентратору-магнитного поля в виде гонкого ферритового сердечника. В металле возникают вихревые гоки, которые изменяют индуктивность катушки в колебательном контуре рабочего датчика, что фиксируется в электрической схеме генератора колебаний и влияет на величину силы тока в регистрирующем приборе (микроамперметре).
Графические зависимости силы тока от числа циклов нагружсиий N бол тов показаны на рис. 2 для нарезанной и на рис. 3 для накатанной резьбы.
Анализ полученных зависимостей позволил сделать следующиевыводы.
1. При циклических нагружениях стальных болтов с нарезанным и накатанным профилем резьбы установлен эффект деформационной тренировки, который проявляется в повышенных значениях электропроводности (силы тока) металла по сравнению с йодоформ и рова и и ы м и болтам и.
2. Для болтов с нарезанной резьбой получено повышение 'электропроводности ме-— талла на 4% и 6% соответственно для зон контроля 1 и 2. Для болтов с накатанной резьбой повышение электропроводности составило соответственно 17% и 5%.
- 3. Пиковые значения электропроводности металла соответствуют его предварительной деформационной 'тренировке переменными растягивающими напряжениями до 2000 циклов для нарезанной резьбы и 3000 циклов для накатанной резьбы. Затем происходит некоторый-спад электропроводности, однако значения силы тока превышают исходные значения в достаточно широком диапазоне усталостного иагружеиня болтов — до /V ~ 18000 циклов для нарезанной резьбы и N ~ 12000 циклов для накатанной резьбы. Следовательно, нарезанный резьбовой профиль оказался менее чувствительным к циклической деформационной тренировке металла по сравнению с накатанной резьбой, что подтверждается резким уменьшением электропроводности.
На втором этапе исследования определяли прочность болтов, предварительно подвергнутых усталостным испытаниям но схеме переменного растяжения. При этом болты нагружали статически осевой силой до их разрыва и определяли временное сопротивление <7и (МПа) при заданных значениях числа циклов иагружеиня. Результаты мсхапичсс-
2
А.
V
Рис.!
№ 9 2006
Рис. 2. Изменение чясктромронодностп металл а на реи.боном части (крпная /) и гладкой части (кривая 2) болтов из стали 40X с нарезанной резьбой М 22x2.5 после циклических нагруженпй
ких испытаний обобщены и представлены па рис. 4 в виде графических зависимостей для временного сопротивления.
Получено, что деформационная тренировка металла в динамическом режиме силового пагружепия приводит к заметному повышению статической прочности болтов в области «пиковых» значений для числа циклов 2000 и /V 3000 соответственно для нарезанной и накатанной резьбы. Наибольшее повышение временного сопротивления — до 25% получено для болтов с накатанной резьбой, что является дополнительным подтверждением преимуществ изготовления резьбы холодным пластическим деформированием металла.
Повышенный уровень прочности (при сравнении с исходными недеформированны-ми болтами при /V - 0) сохраняется до /V - 7x103 циклов для нарезанной резьбы п А; ~ 20x103 циклов для накатанной резьбы. Следовательно, во впадинах накатанного резьбового профиля происходит более медленное накопление дефектов структурного состояния металла в процессе динамического силового пагружепия стержневых резьбовых изделий (например, болтов), что положительно влияет на долговечность резьбовых соединений.
Вывод: можно повысить статическую прочность стержневых резьбовых изделий в достаточно широком диапазоне путем предварительной деформационной тренировки металла в резьбе переменными растягивающими напряжениями. Так, для болтов М 22x2.5
2006
Рис. 3. Изменен не электропроводности металла на резьбовой части (кривая /) и гладкой части (кривая 2) бол то в из с та л и ~4 О X с н а к а тайной р с з ь б о й М 22x2,5 после циклических нагружен и й
Рис. 4. Изменение прочности болтов из стали 40Х с резьбой М 22x2,5. подвергнутых предварительным усталостным испытаниям по схеме растяжения: / резьба нарезана; 2 резьба накатана
о 6 12 18 24 зо Л/хЮ3
О 4 8 12 16 20 Л/х 1<Р
из стали 40Х получено повышение прочности на 10 и 25% для нарезанной и накатанной резьбы при числе циклов 2000 и 3000 соответственно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вир г е р И. А., И оси л е в и ч Г. Б. Резьбовые и фланцевые соединения. - М.: Машиностроение. 1990.
368 с.
2. Кар м а д о и о в А. Ф., 3 а и д ф ос Л. В. Упрочнение предварительной перегрузкой соединений / Сб. трудо в «Маши но веден не».- 4 ел яби иск, Ч П И, 1974. ----- № 142...... С. 141 143.
3. О л с й ник И. В., Г[ с т с р г с р я Д. М. О рол и м а с I ита б и о го з ф ф е кта и р и тр е и и р о в к е м ста л л а л с р с гр у з к а м и в Вестник машиностроения. — 1962. - № 6. ----- С. 2.0—-23.
4. М а н а с с в и ч А. Д. Физические основы напряженного состояния и прочности металлов. М.: Маш из, - 1962. 199 с.
5. Г е р а с п м о в В. Я. Электроиндуктивный контроль деформационного упрочнения калиброванной стали //Сталь. 1993. №8. С. 62."
6. Герасимов В. 51., М о с т а л ы г и и Г. П., Г е р а с и м о в а О. В. Применение не разрушающе га :>л е ктро и 11 ду кп шно го ко н трол я с в о й ств де ф о р м и ро в а и и о ] "О м ет а л л а // Те х н о л о г и я м а 1\1 и и о ст ро е 11 и я. 2003.
№4. С. 41 42.
7. А.с. 1837222 (СССР), МКИ 5 О 01 N 27/90, № 4816364/28. Устройство для вихретокового контроля / В.Я. Гера симов /У Б юл л стс н ь и з о бр ете н ни. — 1993. — № 32. — С .53.
