Способ повышения работоспособности деталей

 

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ даТАЛЕЙ, включающий термическую обработку, предварительное нагружение и последующий поверхностный наклеп, отличающийся тем, что, с целью расишрения технологических возможностей способа при обработке тонкостенных сварных соединений , преимущественно из сталей аустенитного класса, предварительное нагружение осуществляют растяжением поперек сварного шва при комнатной температуре до получения и области шва остаточной пластической деформации 5-16%. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ONH

РЕСПУБЛИК

M5I) B 23 .К 28/00

*

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГА вю и uiM

4Ья f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3318484/25-27 (22) 22.07.81 (46) 07.12.83. Бюл. Ф 45 (72) Г.В.Пачурин, Г.H.Ãóñëÿêîâà, Л.Д.Соколов, В.Д.Березин

H 3.П.Преображенская (71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. A.A.Æäàíîâà (53) 621.791.015(088.8) (56) 1. Соколов Л.Д. и др. Влияние предварительной пластической деформации на проведение металлов при циклическом нагружении. Известия

AH СССР, Металлы, 1972, Р 6, с. 135-139.

2. Труфяков В,И. Усталость сварных соединейий . Киев, Наукова думка, 1973, с. 144.

3. Авторское свидетельство СССР

9 197650, кл. С 21 2 7/02, 1965 (прототип).

ЯО.„Д)щя A (54) (%7) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ PASOTOCIIO-

СОБНОСТИ ДЕТАЛЕЙ, вклйчающий термическую обработку, предварительное нагружение и последующий поверхностный наклеп, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических воэможностей способа при обработке тонкостенных сварных соединений, преимущественно иэ сталей аустенитного класса, предварительное нагружение осуществляют растяжением поперек сварного шва прн комнатной

1 температуре до получения в области шва остаточной пластической деформации 5-16%.

1058747

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к обработке тонкостенных сварных соединений, в част ности в изделиях типа теплообменни" ков, преимущественно из сталей аустенитного класса типа 12Х18Н10Т, работающих в условиях знакопеременных нагрузок. .Известно повышение долговечности материалов эа счет их предварительного растяжения до некоторой степени предварительной пластической деформации jl) .

Известны также методы повышения долговечности сварных соединений (самого ослабленного места) путем 15 ,их поверхносного упрочнения (2) .

Однако применение указанных ме- тодов не дает увеличения долговечности

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ повышения работоспособности деталей, включающий термическую обработку, предварительное нагружение и последующий поверхностный наклон (3) .

В известном способе предваритель. ную обработку осуществляют нагружением в условиях, аналогичных рабочим {нагрузка и температура), продолжительностью, обеспечивающей прохождение стадии интенсивной ползучести. Последующее поверхностное упрочнение детали в свободном (не нагруженном) .состоянии осуществляют поверхностным деформированием любым способом: дробью, роликами, бойками и т.д.

Низкая усталостная прочность свар ных соединений обусловливается высокой концентрацией и неравномерностью распределения в основном растягиваю- 4() щих остаточных напряжений в области сварного шва.

Недостатком известного способа является его применимость лишь для деталей, работающих при высоких температурах, где возникает явление интенсивной ползучести. Наличие в ряде иэделий, в,частности теплообменниках таких температур недопустимо: расплавится припой и за счет окисления щ элементов ухудшится теплообмен, в них нельзя так же допустить стадию интенсивной ползучести.

Теплообменники работают в условиях энакопеременных нагрузок. При этом основным местом разрушения является околошовная зона сварного шва, что значительно снижает долговечность, иэделий, и, как было указано выше, повысить ее известным способом нель- 60 эя.

Целью изобретения является расши; рение. технологических воэможностей способа при обработке тонкостенных сварных соединений, преимущественно иэ сталей аустенитного класса.

Цель достигается тем, что согласно способу, включающему термическую обработку, предварительное. нагружение и последующий поверхностный наклеР поверхностный наклеп, предваритель ное нагружение осуществляют растяжением поперек сварного шва при комнатной температуре до получения в области шва остаточной пластической деформации 5-16%.

Предварительная пластическая деформация растяжением (5-16%) материала сварного шва приводит к равномерному интенсивному его упрочнению, обеспечивающему значительное повы- . шение его долговечности, но при этом возможно раскрытие технологических дефектов сварки, которые при действии циклических нагрузок могут инициировать процесс усталостного разрушения, Отсюда разброс экспериментальных данных, полученных для предварительно деформированных сварных образцов.

Проявления этого возможного отрицательного эффекта предварительной пластической деформации материала сварного шва полностью устраняется сочетанием процесса предварительной пластической деформации растяжением 5-16%, но не более, так как возрастает вероятность образования необратимых дефект э, обуслав ливающих резкое снижение надежности и долговечности материала сварного шва с последующей его поверхностной пластической деформацией.

Это способствует также снижению сжимающих остаточных напряжений и равномерному их распределЕнию по сечению детали или образца, что также обеспечивает повышение долговечности материала и размерной стабильности иэделия.

Иная последовательность предлагаемых операций обработки сварного шва в силу изложенных выше причин максимально возможного их эффекта не обеспечивает.

На фиг. 1 изображена схема осуще"г ствления предварительной обработки образца; на фиг. 2 — кривые распределения дслговечности стали 12Х18Н10 1," на фиг. 3 - кривые усталости сварных термообработанных образцов на стали

12Х18Н10Т после различных степеней предварительной обработки (У1-0%, УП-5%; УШ-104; 1Х-16%у Х-254) .

Пример. Тонколистовые образцы (сечение 2х20 мм) из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, сваренные ручной сваркой встык и термообработанные по режиму: нагрев до 975 С, выдержка 5 мин и плавное охлаждение на воздухе, растягивают в поперек шва

1058747 (фиг. 1) на универсальной разрывной машине типа 29 10/90 со скоростьюдеформации Е 2 ° 10 1 сек до получення остаточной пластической деформации по сужению, например < =5%, которая локализуется в околошовной зоне.

После этого шов и сколошовные эоHbl образца .подвергают двухстороннему пневмодробеструйному упрочнению (давление 0,04 ИПа; Ф дроби порядка

1,0 мм1 время обработки 1 мин. Ре- .10 зультаты эксперимента приведены в графике У фиг. 2.

Яа фиг. 2 также представлены кривые распределения долговечности термообработанних (нагрев до 975 С; )5 выдержка 5 мин и плавное охлажде-. ние на воздухе) плоских образцов со сварным швом из стали 12Х18Н10Т при 6 420ИПа после режимов обработки

1 - исходное состояние (после евер. ки ) (И=1,87- 103 циклов) р П - предварительное растяжение Q--5% (8--3,15 10 циклов) у

Ш " упрочнение пучком проволоки (К=3,31 ° 104 циклов); .1У вЂ” упрочнение пневмодробеструйное, Р 0,04 ИПа; < дроби 0,6-1,,0 мм; время 1 мин (N=4,46 10" циклов):

У - предварительное растяжение Q 5% с последующим пневмодробеструйным упрочнением; P 0,04 ИПа; ф дроби 0,6-1, 0 ; время 1 мин (И=9,82 ° 104 циклов)

В экспериментах меняют степень

- остаточной пластической деформации от 0 до 25%. Повышение степени предварительной пластической деформадки

:-сварных образцов иэ стали 12Х18Н10Т до 16% увеличивает их долговечность при 6 220 ИПа до 40

-7,42 ° 10 6 циклов (график 1Х, фиг. 3)

Дальнейшее увеличение деформации (>16%) приводит к уменьщению долговечности и при (y=25% она составляет 4,57 10 циклов (график Х, фиг. 3) .

Степень остаточной пластической деформации ниже 5% дает меньший эффект по увеличению долговечности и даже в некоторых случаях приводит к ее снижению из-за неравномерности упрочнения материала шва и повышению вследствие этого величины растягивающих остаточных напряжений.

Вид и параметры поверхностного упрочнения в предлагаемом способе подобраны экспериментальным путем из числа 23-х вариантов, рекомендуемых в литературе для тонколистового материала и нами опробированных на образцах.

Долговечность у образцов режима

lу в 24 раза больше, чем у образцов

1 режима!(Фиг. 1).

Результаты эксперимента показывают также, что эффект влияния пред- лагаемого способа (режима У) на долговечность образцов не является прос той суммой эффектов режимов П и lу.

В результате совокупности двух операций усталостная долговечность возрастает в 53 раза (режим У), в то время как применение каждой операции

s отдельности в силу указанных выше причин увеличивает усталостную долговечность в 1,7 (режим П) и 24 (режим 1У) раза, т.е. сумма эффектов от этих операций 25,7.

Проведен дополнительный экспери.— мент для сравнения предлагаемого способа с широко используемым в промышленности способом упрочнения материалов пучком проволоки (режим Ш) °

Установлено, что при амплитуде

6 -420 ИПа долговечность образцов после обработки предлагаемым способом (режим У) в 3 раза .выше, чем у образцов, обработанных по режиму Ш.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить долговечность тонкостенных соединений, преимуществ венно из сталей аустенитного класса, работающих в уеловиях знакопеременных нагрузок.

1058747

Д

Д У

МУ

У7,1

УХ

10 Р К 456769Ю Г 145678910 Г 3 456РЛ10Фцию. юг. Г

Составитель Э.Ветрова

Редактор Г.Гербер Техред Т.Иаточка Корректор В.Гирняк

Заказ 9666/12 Тираж 1106 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, E-35, Раущская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, r.ужгород, ул.Проектная, 4