CC BY
34
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 4 (58)
МАТЕР1АЛОЗНАВСТВО
УДК 620.17:62 - 229.312
Ю. П. ГУЛЬ1, А. В. ИВЧЕНКО2*, П. В. КОНДРАТЕНКО3*, Г. И. ПЕРЧУН4*
'Каф. «Термическая обработка металлов», Национальная металлургическая академия Украины, пр. Гагарина, 4, Днепропетровск, Украина, 49600, тел. +38 (0562) 46 24 53, эл. почта kaf.tom@metal.nmetau.edu.ua, (ЖСГО 0000-0003-3754-7731
2*Каф. «Термическая обработка металлов», Национальная металлургическая академия Украины, пр. Гагарина, 4, Днепропетровск, Украина, 49600, тел. +38 (0562) 46 24 53, эл. почта armst_2000@mail.ru, ОЯСГО 0000-0002-4518-1744 3*Каф. «Термическая обработка металлов», Национальная металлургическая академия Украины, пр. Гагарина, 4, Днепропетровск, Украина, 49600, тел. +38 (0562) 46 24 53, эл. почта Achriman@yandex.ua,ORCID 0000-0003-2242-3496 4*Каф. «Термическая обработка металлов», Национальная металлургическая академия Украины, пр. Гагарина, 4, Днепропетровск, Украина, 49600, тел. +38 (0562) 46 24 53, эл. почта kaf.tom@metal.nmetau.edu.ua, ОЯСГО 0000-0001-9013-4659
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КОМПЛЕКСА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ГОТОВЫХ БОЛТОВ И ОБТОЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ
Цель. Работа направлена на анализ экспериментальных результатов при испытаниях на растяжение готовых болтов и обточенных образцов с использованием принципов геометрически-структурного упрочнения (ГСУ) металлоизделий. Методика. Испытания на одноосное растяжение проводились на полноразмерных болтах и обточенных образцах до диаметров 10 и 8 мм на испытательной машине БР - 100/1 с записью полной диаграммы деформации и разрушения. Результаты. Установлено, что уровень прочности качественно и количественно оказывает различное влияние на соотношение характеристик сопротивления пластической деформации, характеристик пластичности и сопротивления вязкому разрушению, определяемых на болтах и обточенных образцах. Проведенный анализ полученных результатов показал, что комплекс механических свойств, определяемый при испытаниях готовых болтов, более адекватен их механическому поведению при эксплуатации, чем исследования на обточенных образцах. Приведенные объяснения особенно важны для сдаточных испытаний болтов класса прочности 8.8 и выше. Научная новизна. Впервые экспериментально показано, что система функциональных надрезов на конкретных металлоизделиях может оказывать как упрочняющее, так и разупрочняющее влияние на характеристики сопротивления пластической деформации. Дано объяснение наблюдаемого феномена на основе изменения соотношения показателя концентрации напряжений и степени жесткости напряженного состояния в области надрезов. Практическая значимость. Ограничение механических испытаний только готовыми болтами, кроме получения большего соответствия определяемых свойств болтов их конструктивной прочности при эксплуатации, способствует уменьшению общей длительности и трудоемкости испытаний в целом.
Ключевые слова: высокопрочные болты; готовые болты; обточенные образцы; испытания на растяжение; механические свойства; надрез
Введение
Известно, что болтовые соединения узлов машин и конструкций являются одним из ос-
doi 10.15802«ТР2015/50121
новных типов соединений, в том числе и для оборудования железнодорожного транспорта [1, 5, 7, 9, 13]. Указанный тип соединений успешно конкурирует со сварными соединения© Ю. П. Гуль, А. И. Ивченко, П. В. Кондратенко, Г. И. Перчун, 2015
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 4 (58)
ми, особенно при высоком уровне упрочнения материала соединяемых узлов. При этом реализуемая эксплуатационная прочность болтов как основной части болтового соединения существенно влияет на конструктивную прочность (КП) всего агрегата. Поэтому для болтов, как впрочем и для любого другого изделия, важна степень корректности методики сдаточных испытаний с учетом условий нагружения при эксплуатации.
Действующими стандартами предусмотрено, как одно из основных, испытание на одноосное растяжение объектов двух типов: готовых болтов и обточенных (с удалением резьбы) гладких образцов. Как ни странно с позиций основных положений КП, но результаты именно последних испытаний предписывается использовать при расчетах болтовых соединений, что не учитывает фактическое влияние на комплекс механических свойств готовых болтов функциональных надрезов (резьбы). Указанное влияние определяет действие надреза, как концентратора напряжений в прилегающих объемах объекта, что широко известно, так и фактора, изменяющего степень жесткости напряженного состояния в тех же объемах, что известно в меньшей степени. Поэтому наличие надреза (надрезов) может приводить как к эффекту дополнительного упрочнения в терминах нормальных напряжений, так и к эффекту разупрочнения, по сравнению с результатами, полученными на гладких образцах [2, 12]. Однако, влияние уровня упрочнения на получение эффектов упрочнения или разупрочнения при наличии надрезов не исследовано.
Исследованиям в этом направлении по болтам посвящены немногочисленные работы [3, 6, 10], причем в работах [3, 10] влияние резьбы на свойства установлено, а авторы работы [6] такое влияние отрицают, хотя приведенные в этой же работе данные свидетельствуют о противоположном. В целом можно заключить, что систематические исследования по доступной информации в обсуждаемом направлении отсутствуют.
Цель
Целью работы является анализ экспериментальных результатов при испытаниях на растяжение готовых болтов и обточенных образцов,
с использованием принципов геометрически-структурного упрочнения (ГСУ) металлоизделий [2].
Методика
В качестве материала использовали болты размерами М12х1,75х80 мм, М12х1,75х70 мм, М12х1,5х80 мм, М12х1,75х100 мм из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, полученные холодной высадкой, термической обработкой по стандартным технологиям метизных предприятий и по опытным режимам для получения механических свойств в интервале 4.8-10.9 классов прочности (табл. 1).
Таблица 1 Характеристики исследуемых болтов
Table 1
Characteristics of the bolts
Размер, мм Класс проч- Марка стали Обработка
ности
холодная объ-
М12х1,75х80 4.8 15кп емная штамповка (ХОШ) + отпуск 600 °С холодная объ-
М12х1,75х80 6.8 15кп емная штамповка термическое
М12х1,75х80 6.8 СтЗпс упрочнение + ХОШ термическое упрочнение +
М12х1,75х80 8.8 20Г2 ХОШ + деформационное старение при 300 °С ХОШ + терми-
М12х1,75х80 8.8 10Г2 ческое упрочнение (закалка + отпуск 420 °С) ХОШ + терми-
М12х1,75х70 8.8 Ст5пс ческое упрочнение
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 4 (58)
Окончание табл. 1 End of table 1
Размер, мм Класс проч- Марка стали Обработка
ности
ХОШ + терми-
М12х1,75х80 8.8 20Г ческое упрочнение (закалка + отпуск 420 °С) ХОШ + терми-
М12х1,5х80 10.9 30Г2 ческое упрочнение (закалка + отпуск 420 °С) ХОШ + терми-
М12х1,75 х100 10.9 30Г1Р ческое упрочнение (закалка + отпуск 420 °С)
Испытания на одноосное растяжение проводили как на готовых болтах, так и на обточенных до диаметров 10-8 мм образцах с полным удалением резьбы. Использовали машину типа БР - 100/1, испытываемые образцы размещали в специальных захватах. Испытания проводили при скорости перемещения захватов 1 мм/мин с записью полной диаграммы растяжения. Кроме стандартных характеристик, оценивали равномерное удлинение как характеристику перехода к макролокализации пластической деформации [4]. Условную характеристику скорости падения напряжения на участке локализованной деформации определяли как отношение падения номинального напряжения (Ааном) от ее максимального значения до значения соответствующего моменту разрушения к величине удлинения на этом участке диаграммы (^ лок )• Тип разрушения при указанных испытаниях определяли по виду диаграмм растяжения и характеру макроповерхности разрушения.
Анализ механических характеристик, полученных на готовых болтах и обточенных образцах, осуществляли для соответствующих уровней упрочнения. Для объяснения различий в прочностных характеристиках использовали теоретическое значение коэффициента концентрации напряжений [8, 15].
Результаты
Свойства, полученные при растяжении готовых болтов и обточенных образцов, приведены в табл. 2 и 3, а зависимости на рис. 1-3 иллюстрируют влияние уровня упрочнения на качественные (знак) и количественные различия механических характеристик готовых болтов и обточенных образцов.
Как следует из зависимостей, представленных на рис. 1, влияние уровня упрочнения на соотношение пределов прочности и текучести готовых болтов и обточенных образцов можно разделить на два интервала.
Таблица 2
Механические свойства готовых болтов
Table 2
Mechanical properties of the finished bolts
Марка стали
15кп
15кп
Ст3пс
20Г2
Ст5пс
10Г2
20Г
30Г1Р
30Г2
Класс прочности
4.8
6.8
6.8
5.8
5.8
.8
.8
10.9
10.9
Н/мм2/%
310
523
613
738
745
773
816
967
1 017
Н/мм2/%
415
628
712
835
904
864
903
1 082
1 116
Окончание табл. 2 End of table 2
Марка стали стр, % СТобщ • % Астком 8лок ' Н/мм2/%
15 кп 11,1 19 14,3
15 кп 6,15 10,8 32,3
Ст3пс 5,53 10,7 37,73
20Г2 7,23 11,8 46,4
Ст5пс 6,39 10,5 58,3
10Г2 6 11 59,82
20Г 6,49 10 56,4
30Г1Р 6,62 9,7 95,89
30Г2 6,56 11 94,69
В интервалах значений предела прочности до 800 Н/мм2 и предела текучести примерно до 700 Н/мм2 более высокие значения рассматриваемых характеристик фиксируются при испытаниях готовых болтов, а выше указанных границ - для обточенных образцов.
Дополнительно нанесенные на рис. 1 значения, соответствующие данным работы [6], хорошо согласуются с указанными интервалами. Наблюдаемые максимальные различия в характеристиках сопротивления пластической деформации могут достигать 150-200 Н/мм2, что значительно превышает ошибку эксперимента. На основании этого может происходить неоправданный перевод испытываемого образца в иной класс прочности.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2015, № 4 (58)
Таблица 3
Механические свойства обточенных образцов
Table 3
Mechanical properties of the machined samples
Марка стали Класс прочности Н/мм2 СТЕ > Н/мм2
15кп 4.8 275,5 431
15кп 5.8 480 576
Ст3пс 6.8 554,5 633,5
20Г2 6.8 627 738,5
Ст5пс 8.8 742,5 879
10Г2 8.8 840,5 909
20Г 8.8 799,5 910,5
30Г1Р 10.9 1 131,5 1 185
30Г2 10.9 1 140 1 183
Окончание табл. 3
End of table 3
Марка стали , % СТобщ > % АСТком 8лок Н/мм2/%
15 кп 21 33 12,61
15 кп 6,1 13,74 20,39
Ст3пс 6,4 15,03 26,16
20Г2 8,8 17,53 32,77
Ст5пс 9,9 15,85 41,51
10Г2 9,4 17,03 47,78
20Г 9,1 16,76 43,14
30Г1Р 9,3 13,12 69,71
30Г2 8,2 14,43 73,6
Согласно полученным экспериментальным данным по испытаниям обточенных образцов, расчет высокопрочных болтов для случая ав > 800 Н/мм2 приведет к получению завышенных результатов по сравнению с фактическими для готовых болтов. В результате получим искаженные представления относительно
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету зашзничного транспорту, 2015, № 4 (58)
надежности и долговечности их при эксплуатации. С другой стороны, использование данных, полученных на обточенных образцах для классов прочности первого интервала (рис. 1), приводит к противоположному по характеру эффекту - получению заниженных данных. В этом случае при использовании готовых болтов получаем неоправданный перерасход металла.
- b
Изменение прочностных характеристик например, предела текучести, при наличии надрезов, по сравнению с их отсутствием, может быть описано в терминах нормальных напряжений (А он). Указанная зависимость для случая мелких надрезов имеет следующий вид [2]:
Ас„ = т.
где тт - предел текучести (в терминах касательных напряжений) объекта без надреза; Рн -степень жесткости напряженного состояния металла в области надрезов; К( - теоретический коэффициент концентрации напряжений в области надрезов, определяемый только геометрией надреза; Р0 - степень жесткости напряженного состояния, определяемая только схемой нагружения объекта, без надрезов.
Из уравнения следует, что в случае Асн >0
и Рн / К( > Р0 получаем эффект упрочнения, если же Асн <0 и Рн / К( < Р0 - эффект разупрочнения. По действующим стандартам, для болтов с обычной геометрией резьбы, значение теоретического коэффициента концентрации напряжений (К() может быть оценено по соотношению:
Рис. 1. Зависимость разницы между пределами прочности (а) и пределами текучести (б) для готовых болтов и обточенных образцов от уровня упрочнения по пределу прочности (а) и пределу текучести (б): Я - точки, полученные обработкой данных работы [6]
Fig. 1. The dependence of the difference between the tensile strengths (a) and yield stress (b) for the finished bolts and welted samples from the level of the hardening by tensile strength (a) and yield stress (b) Ш - points obtained by processing data of work [6]
Использование принципов геометрически-структурного упрочнения позволило объяснить влияние надреза или системы надрезов на прочностные характеристики металла готовых болтов.
где 1Н и рн - глубина и радиус «дна» надреза соответственно. Для случая исследованных болтов отношение указанных характеристик является постоянной величиной, равной ~4,5, при а=1. С другой стороны, следует учитывать значение эффективного коэффициента концентрации напряжений (К*), который в действительности должен определять фактическую концентрацию напряжений в болте при его на-гружении. Значение К* связано с величиной пластической релаксации упругих напряжений, которая приводит к увеличению значений рн и, как следствие этого, к снижению концентрации напряжений [11, 14]. Кроме этого, следует учитывать зависимость релаксации напряжений от структурного состояния металла болта. В случае возрастания уровня упрочнения спо-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2015, № 4 (58)
собность металла к релаксации напряжений снижается, а значение К* увеличивается. Следовательно, при соблюдении условия вн / Кэфф > Р0 наблюдается первый интервал (рис. 1), а когда постоянный рост К!эфф приводит к соблюдению условия /Зн / К!эфф < /30, начинается второй интервал соотношения значений ие и и02 для болтов и обточенных образцов. Другими словами, рассматриваемое соотношение сгв и и02 для болтов и обточенных
образцов в первом интервале определяется упрочняющим, а во втором - разупрочняющим эффектом резьбы.
Различия в значениях характеристик пластичности и сопротивления вязкому разрушению (рис. 2, 3) в общем подтверждают негативное влияние резьбы на указанные характеристики.
- b
^W. %
An ♦
/ t
/
/
/
/
1100 1100 GB. Н MM-
Рис. 2. Зависимость разницы между значениями равномерного (а) и общего (б) удлинения в зависимости от уровня упрочнения по пределу прочности
Fig. 2. The dependence of the difference between the values of the uniform (a) and the total
(b)
the elongation depending on the hardening by tensile strength
В то же время для структурного состояния металла после рекристаллизционного отжига наблюдаются значительные различия в общем и равномерном удлинениях для болтов и обточенных образцов. С ростом уровня упрочнения наблюдаемые различия сначала существенно уменьшаются, а затем возрастают, хотя и не достаточно интенсивно. Гораздо более заметные различия в полученных данных испытаний для болтов и обточенных образцов наблюдаются при оценке по скорости падения номинального напряжения на стадии локализованной деформации и разрушения. Пропорционально уровню прочностных свойств металла возрастают и указанные различия (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость разницы между значениями
условной скорости падения номинального напряжения для готовых болтов и обточенных образцов от уровня упрочнения
Fig. 3. The dependence of the difference between the values of the conditional rate of fall of the rated voltage for finished bolts and welted sample from the level of hardening
С учетом неизбежных перегрузок при эксплуатации изделий с высокопрочными болтовыми соединениями необходимо, кроме обточенных образцов, осуществлять испытания болтов в состоянии после завершения их изготовления.
Научная новизна и практическая значимость
Впервые экспериментально показано, что система функциональных надрезов на конкретных металлоизделиях может оказывать как упрочняющее, так и разупрочняющее влияние на характеристики сопротивления пластической
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 4 (58)
деформации. Для различных уровней прочности металла дано объяснение наблюдаемого феномена с использованием соотношения показателя концентрации напряжений и степени жесткости напряженного состояния в области надрезов. Ограничение механических испытаний только готовыми болтами, кроме получения большего соответствия определяемых свойств болтов их конструктивной прочности при эксплуатации, способствует уменьшению общей длительности и трудоемкости испытаний в целом.
Выводы
1. Уровень различий механических свойств, определяемых на готовых болтах и обточенных образцах количественно и качественно зависит от уровня упрочнения, а также от типа определяемых механических характеристик. При этом наиболее существенны различия по пределам текучести и прочности и сопротивлению вязкому разрушению.
2. Показано, что наличие функциональных надрезов (резьбы) на готовых болтах оказывает различное влияние на пределы текучести и прочности в зависимости от уровня упрочнения: увеличивает значение этих характеристик в интервале до 800 МПа и уменьшает их в интервале более 800 МПа. Предложено объяснение наблюдаемым эффектам на основе изменения соотношения показателей концентрации напряжений и степени жесткости напряженного состояния.
3. Из результатов следует, что комплекс механических свойств болтов достаточно определять при натурных испытаниях без изготовления и испытаний обточенных образцов. Это позволит получать характеристики в большей степени соответствующие конструктивной прочности болтов при эксплуатации при одновременном снижении общей длительности и трудоемкости испытаний.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Войнов, К. Н. Решение трибологических проблем транспорта / К. Н. Войнов // Трансп. Российской Федерации. - 2009. - № 2. - С. 60-63.
2. Гуль, Ю. П. Основные принципы и практика геометрически-структурного упрочнения ме-
таллоизделий / Ю. П. Гуль // Сталь. - 2012. -№ 8. - С. 40-45.
3. Гуль, Ю. П. Оценка конструктивной прочности высокопрочных болтов на основе результатов сдаточных испытаний / Ю. П. Гуль, А. В. Ивченко, М. Ю. Амбражей // Сталь. - 2011. - № 9. - С. 42-46.
4. Ивченко, А. В. Совершенствование стандартов и методов испытания арматурного проката на растяжение / А. В. Ивченко, Ю. П. Гуль // Металлург. и горноруд. пр-ть. - 2014. - № 6. -С. 125-128.
5. Ключник, С. В. Эпоха новых технологий на службе у мостовых конструкций / С. В. Ключник // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - Дшпропет-ровськ, 2010. - Вип. 33. - С. 111-113.
6. Матлин, М. М. Исследование влияния концентраторов напряжения на прочность болтовых соединений / М. М. Матлин, Д. С. Манукян // SWorld : сб. науч. тр. - Одесса, 2012. - С. 423-427.
7. Моисеенко, К. В. Влияние длины прямой вставки на допустимые скорости движения поездов смежными стрелочными переводами, уложенными по первой схеме / К. В. Мои-сеенко // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - Дшпропет-ровськ, 2011. - Вип. 38. - С. 117-126.
8. Петерсон, Р. Коэффициенты концентрации напряжений / Р. Петерсон. - Москва : Мир, 1977. - 300 с.
9. Петриков, В. Г. Прогрессивные крепежные изделия / В. Г. Петриков, А. П. Власов // - Москва : Машиностроение, 1991. - 256 с.
10. Роговский, А. Г. Механические свойства болтов из легированной стали / А. Г. Роговский, Ф. А. Шепелева // Метизное пр-во. - 1974. -Вип. 4. - С. 100-113.
11. Тарханов, В. И. Статистическая и усталостная прочность резьбовых соединений / В. И. Тарханов, З. М. Садриев // Сб. науч. тр. V Между -нар. науч.-техн. конф. (15.10-16.10.2009). -Ульяновск : УлГТУ, 2009. - С. 132-134.
12. Вакуленко, И. А. Морфология структуры и деформационное упрочнение стали / И. А. Вакуленко, В. И. Большаков. - Днепропетровск : Маковецкий, 2008. - 196 с.
13. Bickford, J. H. Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints / J. H. Bickford. - London : Taylor & Francis Group, 2013. - 564 p.
14. Pedersen, N. L. Optimization of Bolt Stress / N. L. Pedersen // 10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization (19.0524.05.2013). - 2013. - P. 142-148.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 4 (58)
15. Walter, D. Peterson's stress concentration factors / Inc., 2008. - 555 p.
D. Walter. - New Jersey : John Wiley & Sons,
Ю. П. ГУЛЬ1, А. В. 1ВЧЕНКО2*, П. В. КОНДРАТЕНКО3*, Г. I. ПЕРЧУН4*
1Каф. «Термiчна обробка металш», Нацюнальна металургшна академш Украшп, пр. Гагарша, 4, Дтпропетровськ, Украша, 49600, тел. +38 (0562) 46 24 53, ел. пошта kaf.tom@metal.nmetau.edu.ua, ORCID 0000-0003-3754-7731 2*Каф. «Термiчна обробка металiв», Нацюнальна металургшна академiя Укра1ни, пр. Гагарша, 4, Дтпропетровськ, Украша, 49600, тел. +38 (0562) 46 24 53, ел. пошта armst_2000@mail.ru, ORCID 0000-0002-4518-1744 3*Каф. «Термiчна обробка металiв», Нацюнальна металургшна академiя Укра1нп, пр. Гагарша, 4, Дтпропетровськ, Украша, 49600, тел. +38 (0562) 46 24 53, ел. пошта Achriman@yandex.ua, ORCID 0000-0003-2242-3496 4*Каф. «Термiчна обробка металiв», Нацюнальна металургшна академiя Укра1нп, пр. Гагарша, 4, Дтпропетровськ, Украша, 49600, тел. +38 (0562) 46 24 53, ел. пошта kaf.tom@metal.nmetau.edu.ua, ORCID 0000-0001-9013-4659
ПОР1ВНЯЛЬНИЙ АНАЛ1З КОМПЛЕКСУ МЕХАН1ЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ, ОТРИМАНИХ ПРИ ВИПРОБУВАННЯХ ГОТОВИХ БОЛТ1В ТА ОБТОЧЕНИХ ЗРАЗК1В
Мета. Работа спрямована на опис системного експериментального дослвдження впливу рiвня змщнення на спiввiдношення комплексiв механiчних властивостей готових болпв i обточених зразшв. Аналiз отрима-них даних на основi принципiв геометрично-структурного змiцнення. Методика. Випробування на одноос-ний розтяг проводилися як на повнорозмiрних болтах, так i на обточених зразках до дiаметрiв 10 i 8 мм на випробувальнш машинi FP - 100/1 iз записом повно! дiаграми деформаци та руйнування. Результати. Вста-новлено, що рiвень мщносп як1сно i кiлькiсно надае рiзний вплив на спiввiдношення характеристик опору пластичнш деформаци, характеристик пластичностi та опору в'язкому руйнуванню, як1 визначаються на готових болтах й обточених зразках. При цьому проведений аналiз дозволяе вважати, що комплекс мехашч-них властивостей, що визначаеться на готових болтах, найб№ш адекватний !х механiчнiй поведiнцi при експлуатаци. Такий висновок особливо важливий для здавальних випробувань болтiв класу мiцностi 8.8 i вище. Наукова новизна. Вперше експериментально показано, що система функцюнальних надрiзiв на кон-кретних металовиробах може надавати як змiцнюючий, так i знемiцнюючий вплив на характеристики опору пластичнш деформаци в термшах нормальних напружень в залежностi ввд рiвня змiцнення. Дано тлумачен-ня спостережуваного феномена на основi змши спiввiдношення показника концентраци напружень i ступеня жорсткостi напруженого стану в обласп надрiзiв. Практична значимкть. Обмеження механiчних випробувань тiльки готовими болтами, ^м отримання бшьшо1 ввдповщносл визначальних властивостей болтiв !х конструктивна мiцностi при експлуатаци, зменшують загальну тривалiсть i трудомiсткiсть випробувань.
Ключовi слова: високомщш болти; готовi болти; обточеш зразки; випробування на розтяг; мехашчш вла-стивостi; надрiз
Y. P. GUL1, A. V. IVCHENKO2*, P. V. KONDRATENKO3*, G. I. PERCHUN4*
'Dep. «Metal Heat Treatment», National Metallurgical Academy of Ukraine, Gagarin Av., 4, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49600, tel. +38 (0562) 46 24 53, e-mail kaf.tom@metal.nmetau.edu.ua, ORCID 0000-0003-3754-7731
2* Dep. «Metal Heat Treatment», National Metallurgical Academy of Ukraine, Gagarin Av., 4, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49600, tel. +38 (0562) 46 24 53, e-mail armst_2000@mail.ru, ORCID 0000-0002-4518-1744
3* Dep. «Metal Heat Treatment», National Metallurgical Academy of Ukraine, Gagarin Av., 4, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49600, tel. +38 (0562) 46 24 53, e-mail Achriman@yandex.ua, ORCID 0000-0003-2242-3496
4* Dep. «Metal Heat Treatment», National Metallurgical Academy of Ukraine, Gagarin Av., 4, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49600, tel. +38 (0562) 46 24 53, e-mail kaf.tom@metal.nmetau.edu.ua, ORCID 0000-0001-9013-4659
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 4 (58)
COMPARATIVE ANALYSIS OF COMPLEX MECHANICAL PROPERTIES OBTAINED IN TESTS ON FINISHED BOLTS AND TURNED SAMPLES
Purpose. The purpose of the work is provided by the system experimental study of the effect of strengthening the level of the ratio of complex mechanical properties of the finished bolts and peeled samples and analysis of the data on the basis of geometric and structural reinforcement. Methodology. A uniaxial tensile test was carried out on full-size bolts and the peeled samples to diameters of 10 mm and 8 mm at a testing machine FP - 100/1 recording full diagram of deformation and fracture. Findings. The level of strength of qualitatively and quantitatively has different effects on the characteristics of the ratio of resistance to plastic deformation and ductility characteristics ductile fracture resistance, determined on the finished bolts and peeled samples. At the same time, the analysis suggests that the combination of mechanical properties determined on finished bolts, the most adequate to their mechanical behavior during operation. This conclusion is particularly important for acceptance testing of bolts of strength class 8.8 or higher. Originality. For the first time experimentally shown that the system is functional cuts on specific metal products can have both hardening and softening effect on the characteristics of resistance to plastic deformation in terms of normal stress depending on the level of hardening and given an interpretation of the observed phenomena on the basis of changes in the ratio of the concentration of eg-tions and the degree of rigidity of the stress state in the cuts. Practical value. Limitation of mechanical tests are only willing bolts, other than greater consistency determines the properties of their structural strength bolts in the operation, reduce the overall time-consuming tests.
Keywords: high-strength bolts; ready to bolt; planed samples; tensile test; mechanical properties; incision
REFERENCES
1. Voynov K.N. Resheniye tribologicheskikh problem transporta [The solution of tribological problems of transport]. TransportRossiyskoy Federatsii -Transport of Russian Federation, 2009, no. 2, pp. 60-63.
2. Gul Yu.P. Osnovnyye printsipy i praktika geometricheski-strukturnogo uprochneniya metalloizdeliy [Basic principles and practice of geometric and structural hardening of metal]. Stal - Steel, 2012, no. 8, pp. 40-45.
3. Gul Yu.P., Ivchenko A.V., Ambrazhey M.Yu. Otsenka konstruktivnoy prochnosti vysokoprochnykh boltov na osnove rezultatov sdatochnykh ispytaniy [Evaluation of the structural strength of high-strength bolts based on the results of delivery trials]. Stal - Steel, 2011, no. 9, pp. 42-46.
4. Ivchenko A.V., Gul Yu.P. Sovershenstvovaniye standartov i metodov ispytaniya armaturnogo prokata na rastyazheniye [The improvement of standards and test methods for reinforcing bars in tension]. Metallurgicheskaya i gornorudnaya promyshlennost - Metallurgical and Mining Industry, 2014, no. 6, pp. 125-128.
5. Klyuchnik S.V. Epokha novykh tekhnologiy na sluzhbe u mostovykh konstruktsiy [Era of new technologies for bridges constructions]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2010, issue 33, pp. 111-113.
6. Matlin M.M., Manukyan D.S. Issledovaniye vliyaniya kontsentratorov napryazheniya na prochnost boltovykh soedineniy [Study of the stress concentrations effect on the strength of bolted connections]. Sbornik nauchnykh trudov SWorld [Proc. of SWorld]. Odessa, SWorld Publ., 2012, pp. 423-427.
7. Moyseyenko K.V. Vliyaniye dliny pryamoy vstavki na dopustimyye skorosti dvizheniya poyezdov smezhnymi strelochnymi perevodami, ulozhennymi po pervoy skheme [Fathom influence of straight insertion on allowed speed by allied pointworks which are created by the first scheme]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2011, issue 38, pp. 117-126.
8. Peterson R. Koeffitsienty kontsentratsii napryazheniy [The coefficients of stress concentration]. Moscow, Mir Publ., 1977. 300 p.
9. Petrikov V.G., Vlasov A.P. Progressivnyye krepezhnyye izdeliya [Progressive fasteners]. Moscow, Mashinos-troeniye Publ., 1991. 256 p.
10. Rogovskiy A.G., Shepeleva F.A. Mekhanicheskiye svoystva boltov iz legirovannoy stali [Mechanical properties of alloy steel bolts]. Metiznoye proizvodstvo - Hardware Production, 1974, issue 4, pp. 100-113.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 4 (58)
11. Tarkhanov V.I., Sadriev Z.M. Statisticheskaya i ustalostnaya prochnost rezbovykh soyedineniy [Statistical and fatigue strength of threaded connections]. Sbornik nauchnykh trudov V Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii (15.10.-16.10. 2009) [Proc. of V Intern. Scientific and Technical Conf.]. Ulyanovsk, 2009, pp. 132-134.
12. Vakulenko I.A., Bolshakov V.I. Morfologiya struktury i deformatsionnoye uprochneniye stali [The morphology of the structure and work hardening of steel]. Dnepropetrovsk, Makovetskiy Publ., 2008. 196 p.
13. Bickford J.H. Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints. London, Taylor & Francis Group Publ., 2013. 564 p.
14. Pedersen N.L. Optimization of Bolt Stress. 10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization (19.05.-24.05.2013), 2013, pp. 142-148.
15. Walter D. Peterson's stress concentration factors. New Jersey, John Wiley & Sons, Inc. Publ., 2008. 555 p.
Статья рекомендована к публикации д.т.н., проф. С. И. Губенко (Украина); д.т.н., проф.
Г. Д. Сухомлином (Украина); д.т.н., проф. И. А. Вакуленко (Украина)
Поступила в редколлегию: 30.04.2015
Принята к печати: 14.08.2015
