CC BY
34
УДК 621.982:629.12.004.67
Н. В. Куличкин, Ю. В. Чеботарёв Астраханский государственный технический университет
ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТАЛОСТИ КРУГЛЫХ ОБРАЗЦОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПРАВКЕ
В настоящее время в судоремонте работоспособность судовых валов с прямолинейной осью и коленчатых валов судовых дизелей, имеющих остаточные деформации в виде искривления оси, восстанавливают правкой различными способами.
Анализ существующих способов позволил предложить способ термомеханической правки валов на основе явления ползучести [1]. Для описания явления ползучести в процессе правки была использована теория упрочнения, основное уравнение которой записывается в виде [2]:
еп -еП — С -сь,
где еп - скорость ползучести; еп - деформация ползучести; а, Ь, С - функции температуры, определяемые с помощью кривых ползучести.
На основе этой теории получена аналитическая зависимость между параметрами правки, такими как стрелка прогиба, температура нагрева, величина нагрузки, и коэффициентами жаропрочности материала валов при заданной температуре:
М -12 I2
Т —------------------------1— *
тах 8 - Е - J 8
(л \ М
(1 + а )* —
Vи пр
- С - г
1
1+а
где /тах - начальный прогиб вала; М - момент, создаваемый при правке; Е - модуль упругости для материала вала при заданной температуре правки; J - момент инерции поперечного сечения вала; Jпр - «обобщенный» момент инерции поперечного сечения вала.
Для проверки данной теоретической зависимости и отработки режимов правки была проведена правка экспериментальных образцов, изготовленных из стали 35 ГОСТ 1050-88, со стрелкой прогиба 5 мм.
Конструкция и размеры образцов выбраны с учетом последующих испытаний на изгиб-ную выносливость [3].
Основной эксплуатационной характеристикой, обеспечивающей надежность валов при эксплуатации, является изгибная усталостная прочность. В связи с этим были проведены сравнительные усталостные испытания серий контрольных (недеформированных) образцов и образцов, выправленных данным способом правки со стрелкой прогиба 5 мм (по 24 штуки в каждой серии).
Образцы испытывали по симметричному циклу изменения напряжений консольным изгибом на базе 10 миллионов циклов на экспериментальной установке для усталостных испытаний [4]. Испытания проводили для определения средних значений пределов выносливости методом «лестницы».
По результатам экспериментальных исследований были построены кривые усталости (рис. 1) и диаграммы испытаний методом «лестницы» (рис. 2) для недеформированных образцов и выправленных образцов со стрелкой прогиба 5 мм.
сг, МПа'
4 5 6 7 1в N
Рис. 1. Кривые усталости круглых образцов диаметром 20 мм:
О - 1 - недеформированные образцы; # - 2 - образцы со стрелкой прогиба 5 мм; □ - 3 - образцы со стрелкой прогиба 5 мм, упрочненные поверхностно-пластическим деформированием (ППД)
Рис. 2. Диаграммы испытаний круглых образцов диаметра 20 мм методом «лестницы» Ш - разрушенный образец; О - неразрушенный образец
Установлено, что после термомеханической правки на основе ползучести снижение среднего значения предела выносливости образцов при симметричном цикле нагружения незначительно и составляет 3 %. Однако в области ограниченной выносливости долговечности, определенные на уровнях напряжений 255, 275, 300 МПа для образцов со стрелкой прогиба 5 мм, снижаются по сравнению с недеформированными образцами от 2 до 6 раз.
В связи с этим для повышения долговечности после процесса правки было произведено упрочнение ППД обкатывающим роликом серии образцов со стрелкой прогиба 5 мм (24 штуки в серии) и проведены испытания на изгибную выносливость, для определения характеристик усталости.
Упрочнение выполнялось в два прохода с усилием 200 кг роликом диаметром 60 мм с профильным радиусом 2,5 мм. Подача и скорость при обкатке составили
0.1.и 15 м/мин соответственно.
Анализ экспериментальных данных показал, что после упрочнения ППД образцов со стрелкой прогиба 5 мм, подвергнутых термомеханической правке на основе ползучести, среднее значение предела выносливости повышается на 9 %. В области ограниченной выносливости долговечность, определенная на уровне напряжений 275 и 300 МПа, для образцов со стрелкой прогиба 5 мм повышается по сравнению с недеформированными образцами от 2 до 3 раз.
Повышение усталостных характеристик позволяет сделать вывод о целесообразности использования упрочнения ППД в процессе восстановления работоспособности судовых валов термомеханической правкой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Куличкин Н. В., Мамонтов В. А. Способы правки деформированных судовых валов // Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин (2002, октябрь): Материалы науч. конф. / Астрахан. гос. техн. ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2002. - С. 306-309.
2. Куличкин Н. В., Чеботарёв Ю. В., Куличкина М. В. Применение теории упрочнения для восстановления работоспособности валов // Разведка и освоение нефтяных и газоконденсатных месторождений: Науч. тр. АстраханьНИПИгаз. - Вып. № 5. - Астрахань: ИПЦ «Факел» ООО «Астраханьгазпром», 2004. - С. 107-109.
3. Куличкин Н. В., Чеботарёв Ю. В., Уксусов С. С. Экспериментальные образцы для определения влияния термомеханической правки методом релаксации напряжений судовых валов на изгиб-ную выносливость // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2005. - № 2(25). - С. 63-65.
4. Экспериментальная установка для усталостных испытаний на консольный изгиб гладких образцов круглого сечения / Н. В. Куличкин, Ю. В. Чеботарёв, В. А. Мамонтов и др. // Разведка и освоение нефтяных и газоконденсатных месторождений: Науч. тр. АстраханьНИПИгаз. - Вып. № 5. - Астрахань: ИПЦ «Факел» ООО «Астраханьгазпром», 2005. - С. 139-140.
Получено 25.12.2005
THE INFLUENCE OF SURFACE PLASTIC DEFORMATION ON CHARACTERISTICS OF FATIGUE OF ROUND SAMPLES SUBJECTED TO THERMOMECHANICAL TREATMENT
N. V. Kulichkin, Yu. V. Chebotaryov
Research results of the influence of surface plastic deformation of experimental samples on fatigue characteristics at a symmetric cycle of pressure changes by the console bend, subjected to thermomechanical treatment on the basis of creep are submitted in the paper. The analysis of the received experimental data shows the expediency of the application of surface plastic deformation in the restoration process of ship axles by means of thermomechanical treatment.
