Способ упрочнения стальных деталей

 

СООЗ СОВЕТСКИХ

О В

РЕСПУБЛИК

f19) (И) C 21 O7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ юв (21 ) 3417305/22-02 (22) 25.01.82 (46 ) 07,09.83. Бюл. У 33 ,(72 ) Ю. 8. Макаренко и A. И . Фролков (53 ) 621.787.4(088.8 ) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

К 209506, кл. С 21 О 7/04, 1968.

2, Авторское свидетельство СССР

Ю 922162,, С 21 0 7/02, 1980.. (54)(57-) 1,СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬ-

НЫХ ДЕТАЛЕЙ с концентраторами напря-. жений,работающих при циклических знакопостоянных нагрузках, включающий приложение в направлении действия рабочих нагрузок упрочняющей нагрузки величиной 0,7-0,9 от разрушающей и последующую разгрузку, о т л ич а ю щ и.й с я тем, что, с целью повышения долговечности, производят периодическое приложение упрочняющей нагрузки и последующую разгрузку до нуля.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что периодическое приложение упрочняющей нагрузки осуще" ствляют величиной, равной или большей предыдущей.

3. Способ по пп.1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что периодическое приложение упрочняющей нагрузки производят через время, составляющее 5-303 от долговечности,достигнутой после первого приложения упронняющей нагрузки.

1039972

Изобретение относится к упрочнению металлических деталей с одним или мяогими концентраторами напряжений различной, формы и может быть ,использовано для повышения долговечноСти и ресурса деталей, подвергающихся знакопостоянному циклическому нагружению (растяжению, одностороннему изгибу и кручению и их комбинациям), Известен способ упрочнения металлических деталей с концентраторами напряжений путем наклепа поверхности дефррмирующим элементом в направлении действия максимальных напря- 15 жений в концентраторе (, ), Недостатком этого способа является необходимость разработки специального сложного и дорогостояще-, го нагружающего устройства, проекти- 20 рования и изготовления деформирующего элемента, разработки технологии упрочнения для каждого твгпа деталей, а также повторение операций упрочнения для каждого концентрато . 25 рв напряжений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаа мому результату является способ,заключающийся в упрочнении металлических деталей с концентраторами напряже»

:ний, работающих при циклических знакопостоянных нагрузках с постоянной составляющеи, путем их предварительного статического нагружения в облас ., 35 ти малых пластических деформации, включающий статическое нагружение

1величиной,равйой,. 0,7-0,9 от разруша- ющей нагрузки, Способ направлен на повышение уст талостной прочности и долговечности деталей (2 ).

Недост ат ком этого способа является снижение упрочняющего эффекта воздействия однократного предварительного статического нагружения в процессе эксплуатации детали в результате релаксации остаточных напряжений в зоне концентраторов при циклическом нагружении деталей эксплуатационным

SO спектром нагрузок.

Кроме того, неполная разгрузка деталей (до;0,2-0,4Р разр.} послав; приложения упрочняющей нагрузки сужает область применения предложенного в прототипе способа только деталями, находящимися под действием постоянной нагрузки .(например, затянутые болты и т.д. ).,Однако большинство детаЛей ма\ шин в процессе эксплуатации разгружаются полностью из-эа плановых и неплановых остановок (перерывы между применением, сменная работа,профилактические осмотры, ремонты и др. ).

Поэтому известный способ для таких деталей не может быть реализован.

Целью изобретения является повы" шение долговечности стальных деталей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе упрочнения стальных деталей с концентраторами напряжений, работающих при циклических знакопостоянных нагрузках, включающем приложение в направлении действия рабочим нагрузок упрочняющей нагрузки величиной 0,7-0,9 от разрушающей и последующую pasrpyAy,согласно изобретению, производят периодическое приложение упрочняющей нагрузки и последующую разгрузку до нуля.

Периодическое приложение упрочняющей нагрузки осуществляют величиной, равной или большей предыдущей.

Периодическое приложение упрочняющей нагрузки производят через время, составляющее 5-20 от долговечности, достигнутой после nepeoro приложения упрочняющей нагрузки.

На чертеже схематически изображен предлагаемый способ упрощения.

Долговечность, достигнутая после первого приложения упрочняющей нагрузки, принимается за исходную.

Предложенный способ может быть ,применен для деталей машин, подвергающихся полной разгрузке из-за плано-" вых и неплановых остановок (перерывы между применением, сменная работа, профилактические осмотры, ремонты и др. ).

Способ реализуется следующим об-, разом.

В зависимости от вида нагружения детали в эксплуатации с помощью стандартного иагружающего оборудования производят предварительное нагружение детали упрочняющей нагрузкой величиной, равной 0,7-0,9 от разрушающей нагрузки . В результате этого в зоне концентраторов происходит локальное пластическое деформирование материала и создаются после снятия нагрузки до нуля благоприятные остаточные напряжения. При дальнейшем циклическом нагружении детали эксплуатационным спектром нагрузок величина остаточных напряжений посI

3 40399 тепенно снижается в результате циклйческой релаксации, что приводит к снижению упрочняющего эффекта предварительной перегрузки .

С целью повышения выносливости детали для поддержания.:остаточных нап-, ряжений на постоянном уровне произво-. дят периодическое приложение упрочня-, ющей нагрузки к детали через время, составляющее 5-201 от исходной дол-. — 10 говечности, а ее величину выбирают из условия, что каждая последующая нагрузка должна быть равна или больаа предыдущей.

Периодичность приложения упрочня- !5 ющей нагрузки определяются результата.ми испытаний деталей с различными кон." центраторами напряжений и при различйых видах знакопостоянного цикпическоГр.... нагружения и лежит, в пределах 5-204 20 от исходной долговечности.

В случае возникновения в детали в: процессе ее эксплуатации усталостных трещин, происходит разрушение детали при нагруженйи упрочняющей нагрузкой:25 т.е. детали с трещинами .отбраковыва ;:, ются.

П, р и м е р . Детали из стали

30ХГСНА с пределом прочности 6В =

1700 ИПа, цилиндрической формы с: З0 концентраторами напряжений в виде . кольцевых выточек, имеющие теорети-, ческий коэффициент концентрации нап." ряжений е/ 2,5, подвергающиеся в

72 а ю

Ф Ю Ф °. 500

Интервал, пв циклы

100

10430

1000

2500

4,8

Период, ф

0,48

0,96

9,6

100

5470 - ..12730 36400

15650 10430

Относительная долго ечность, N =

I !

0,369 0,524;- .. -1,22

3,48

0,5

1,0

Оптимальным значением периодичности создания перегрузок в данном примере являетая t = 0,63 при котором достигнут максимальный упрочняю-щий эффект и = 3,48. 55

Для деталей с другими значения ми теоретического коэффициента концентрации напряжений (dg=

Использование данного способа позволило повысить долговечность деталей в 2-4,5 раза по сравнению

Долговечность, и циклы 3850 эксплуатации циклическому растяжению, испытывались на циклическое регуляр ное .растяжение по отнулеванному цик лу с постоянной максимальной нагрузкой цикла Р,равной 27,6 кН. Paspy-, шающая нагрузка на .растяжение для данной детали Рр =69,0 кН. По резуль- татам испытаний десяти идентичных деталей была определена средняя циклическая долговечность деталей М =

-ск

- 4060 циклов.

Детали упрочнялись путем создания однократной предварительной перегрузки растяжением до величины

Р"„;; 55,3 кН (0,8 Рр ) с последующей .йолной разгрузкой до Р=О (no анало-. гии со способом-прототипом )..

В результате долговечность деталей составила .10430 циклов, т.е. увеличилась в 2,57 раза, Укаэанная долговечность принята за исходную долговечность и, т.е. йо=

10430 циклов.

Затем детали упрочнялись путем cos" дания многократных периодически nos"" торяющихся перегрузок той жек величины Р ; — 55,3 кН/с различными пери- одами повторения перегрузок t = п

-ф- 1004, где n - -интервал создания йерегрузок; и - исходная долговечность деталей (Np 10430 циклов).

Результаты испытаний приведены в таблице.

ы 1 5-3) и при других значениях

У

3 упрочняющих нагрузок . (Р,=О, - РРР) периодичность создания йерегрузок колеблется в пределах t =5-,20ь.

1039972

Составитель NÑ Липгарт

Редактор А.Шандор Техред, М.Кузьма, Корректор А. Зимокосов

Заказ 6820/26 ..Тираж 568 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, W-35, Раушская Ha6., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 с однократным предварительным нагру- жением упрочняющей нагрузкой.

Использование предлагаемого способа не требует разработки каких-либо специальных устройств и позволя-! ет помимо упрочнения отбраковывать детали с появившимися в них в процесее зксплдатации усталостными трещинами, которые разрушаются в процессе воздействия упрочняющей нагруз ки °