Способ торможения роста усталостных трещин в металлических изделиях
Изобретение относится к деформационной термической обработке металлов и может быть испопьзояано п машнностроении при ремонте изделии с трещинами, подвергающихся вочдействию Ш1КПИЧССКИХ нагрузок. Цель изобретения - увеличение срока службы издания. Способ-включает определение направления развития трещины и формирование локальных пластических деформаций (отпечатков) перпендикулярно напраачению развития трещини на расстоянии (1...2) Лг от ее вершины и глубиной (0,5...1)&г, шириной (...2)Дг и дпиной не менее 5Дг. Отпечатки (не менее трех) распь 1 гают парашклльнг друг Другу и формируют с помощью электронного луча. 1 .п. ф-пы, 7 ил. S (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
РЕСПУБЛИК (1а (11) А1
Р1) С 21 D 8/00
f Г
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ПННТ СССР
К А ВТОРСНОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4710657/02 (22) "6. 06 .89 (46) ; .06 91. Вюл. 1л 21 (71) . -псковский авнапис нный инсти1 ут цл< С<. pl < "pEf&OIIIIIFII I.lе (7 ) 1 . В < ойц )в, Г.Н. Кравчеflxo, Ю.В: Петухов, В.M. 1 1ан <уров и П. С, Кудрявцев 53) 6 1 76 5 9 1 "I88,R) (56 ) Л зт<>poкo;-: свил<.тельство СССР
1353833,. кл. С 21 Р 8/00, 1986.
Авторе кое с налетел<:ство ГГГР
1 819 I93, кч Г 21 П 7702, 1978. (54 ) С 0000 Т<1Р Р <ЖП111." РЯ, ТЛ УС 1 ЛЛОСТН11Х T! l- <".11Н h И!. ГАЛ 1И<1ВГКИУ. И ЗАСИЛИЯХ (57) Из. браT< ние oòlloolf <ся к EfcформаИз:бретение относится к де. с<рл1ационной т ерл<и I ес кой обработке металлов и может быть испопьзовано в машиностроснии при ремонте изделий с трещинами, подвергзющиxcя воздействилэ циклических нагрузок
Цель изобретения — увеличение срока службы издепия.
На фиг. 1 приведен ооразец для внецентрового растяжения,вид спереди; на фиг . 2 — то же, с нанес енйыми параллельно трещине отпеча1ками (известный способ); на фиг . 3 — то же, с нанес енным перпендикулярно распространению трещины единственлым отпечатком; на фиг .4то же, с отпечатками, нанесенными с помощью электронного луча; на фиг.5 траектория движения электронного луционной тер IFFY F< .KOA обработке мсталлов и мсжет быть II< пользовано в MRIIIII— ностроении при ремонте изделий с трещинами, подвергающихся воздействию циклических нагрузок. Цель изоб— ретения — увеличение срока службы изделия. Гпособ -включает определение направления развития трещины и формирование л капьных пластических деформаций и (отп еча1 ков) перпендикулярно направпению р <звития трещины на расстоянии (1... 2) ал от ее в< ршины и г-;i< «!Infi (0,5... 11 г, шириной (l... 2) г и дпиной не ме:lac 5 r. От— печатки (не I Сущность способа заключается и том, что в известном способе, включающем определение направления развития трещины и.форлсированиe локальных пластических деформаций (отпечатков) в зоне распжчожсния усталостной трещины, отпечаток формируют перпендикулярно направлению развития трещины на расстоянии (1...7)hr от вершины трещины, глубиной (0, 5... 1)6г, шириной (1... 2)Qr и длинсй по крайней мере 55r, затем формируют 1654350 1 (29,6 — 185,59 -1017 + 638% ) + P 55 7/5!2 55 где =- (а + 1)/В; 02 А< 0,7 ° параллельно первому отпечатку по меньшей мере еще два отпечатка на расстоянии (1...2)Дг от первого и соответственно друг or друга, при этом каждый иэ них имеет такую же глубину, ширину и длину, что и первый отпечаток, причем Дг — размер зоны пластической деформации в вершине трещины. 10 Кроме того, отпечатки формируют с помощью эл ектр он ног о луча, При этом режим нагрева должен обеспечивать превышение скорости отвода тепла по сравнению со скоростью подвода энергии ("мягкое" проплавление). На фиг .1-4 обозначены следующие позиции: образец 1 с геометрическими размерами В, Н и t отверстия 2 для приложения нагруз ки ° rp ещина 3 20 в образце 1, нанесенные отпечатки 4. На фиг.6 изображено. катод 5, управляющий электрод 6, анод 7, фокусирующая система 8, образец 9, привод 10 перемещения образца 1 и программный блок 11 управления. Катод 5 испускает электронный луч, интенсивность которого регулируется управляющим электродом 6 . Электронный луч в установке проходит мимо анода 7 и фокусируется системой 8 на образце 9. Перемещениями образца 9 управляет привод 10, вход которого соединен с первум выходом программного блока 11 управления, второй выход которого подключен к управляющему электроду 6. На фиг.7 обозначено: 12 — исходный образец без упрочнения (фиг.1), 13 — упрочненный ло известному спосо40 бу,образец (фиг. 2), 14 — упрочненный по первому варианту, образец (фиг.З), 15 — упрочненный, по второму варианту образец (фиг.4) . Способ осуществляется следующим образом. Определяют визуально направление развития трещины в образце. Одновременно, если известна прилагаемая нагрузка F, а образец является стандартным (фиг.1), определяют ко50 эффициент интенсивности напряжений по формуле После этого определяют величину пластической эоны g г в вершине трещины по формуле где 6 2 — предел текучести материала. Для практических целей, когда обра зец нестандартный или нагрузка F не определена, можно принимать Дг 2...4 мм. После этого перпендикулярно направлению развития трещины и на расстоянии (1...2)Дr от вершины трещины формируют первый отпечаток глубиной (0,5... 1)Дг, шириной (1...2)Дг и длиной ло крайней мере 5br. Затем на расстоянии (1...2)Дг от первого отпечатка и соответственноо друг от друга формируют по меньшей мере еще два отпечатка с такими же геометрическими характеристиками, что и первый. Так как часто образец представляет собой сталь, то нанесение отпечатков методом вдавливания представляет собой значительные трудности. Поэтому предлагается наносить отпечатки с помощью электронного луча. Параметры отпечатков в предлагаемом способе (глубина, ширина и длина) подбирают экспериментально для различных образцов. Уменьшение глубины отпечатка менее 0,5Дг и соответственно ширины менее Дг приводит в некоторых случаях к тому, что скорость роста трещины тормозится незначительно. Верхние границы глубины Дг и ширины 2Лг отпечатков выбраны из тех соображений, что на всех образцах с такими параметрами отпечатков наблюдается значительное торможение роста трещины. Дальнейшее увеличение глубины и ширины отпечатков практически не сказывается на скорости роста трещины. Нанесение отпечатков длиной менее 5gr приводит на некоторых образцах к тому, что трещина изменяет свое направление и обходит нанесеннше отпечатки. При этом торможение скорости роста трещины незначительно ° При длине отпечатков более 5 r предлагаемый способ упрочнения обеспечивает значительное торможение роста трещины на всех образцах. Пример. Образцы из стали ЗОХГСА с геометрическими характеристиками Н 100 мм, В 120 мм,с 10мм и а = 30 мм 1654350 ппднергакт ннецентровому растяжению с нагрузкой V = 20000 Н. Пс сле появления трещины часть образцов (5 шт .), упрочняют по известному способу, друг ую часть (3 шт . ) образцов упрочняют путем нанесения одного отпечатка (форма отпечатка приведена на фиг.3) к часть образцов (5 шч.) упрочняют в соответствии с предлагаемым способом. Отпечатки наносят с помощью электронного луча: глубина отпечатков 1-1, 5 мм; ширина 3-4 мм, длина 14-16 мм; расстояние между отпеч.-.ткачи 4 мм. Результаты испытаний приведены на фиг.7. Как видно из указанных матер ;аппа, упрочнение o6paзцов в соответствии предлагаемым r.пособом обеспечивает более ффективное тормохр.ни е рос "а i p pi"и tbt Ус-:ро- ство дня нанссения отпечатковв с ..о ощью электронного луча реализует предлагаемый способ следующим обра зом. Оператор уст ан:,вливает образец и осуществляет начальную фокусировку луча с помощью регулировки тока фокусирования, При 1ем Выбирается "мягккй режим нагрева, при котором скорость отвода т епла пр евышает скорость подвода энергии. Программный блок 11 управления формирует типовую траекторию луча (фиг.5 и 6, показано пунктиром), которая обеспечивает формирование необходимых отпечатков. Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет значительно снизить скорость роста усталостных трещин за счет нанесения отпечатков перпендикулярно направлению ра эти Tèÿ трещины, что приводит в конечном итоге к повышению ресурса конструкции (фиг.6) Формула и э обр ет ения Способ торможения р оста усталостных трещин в металлических изделиях, включающий определение направления развития трещины и формирование локальных пластических отпечатков в виде параллельных рядов в заданном направлении по отношению к направлению развития трещины и ее вершины и имеющих заданные глубину, ширину и длину отпечатка, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения 20 срока службы иэделия, предварительно определяют размер зоны 4 г пластической деформации в вершине трещин по выражению Ь г 1/2li(K/9<>), где К: — коэффициент интенсивности 25 напряжений и Ga предел текучести материала изделия, затем в одном ряду отпечаток формируют перпендикулярно направлению развития трещины на расстоянии (1...2)дг от ее 3Q BepltIHHt l и глубиной (О, 5-1, 0)аг, шириной (1... 2)Ь» и длиной не менее 5Ьг, а другие ряды формируют из аналогичных отпечатков числом не менее двух и расположенных от предыдущего ряда и друг от друга на расстоянии (1.. ° 2)Ь» ° 2. Способ по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что отпечатки формируют путем воздействия электронного ап луча. 16 54350 Фиг.б f5 Фиг, 7 Состави ель А. Кулемин Техред Л. Кравчук Редакт ор H . Яцола Корректор С. Шекмар Заказ 1931 Тираж 393 Подписное ВНИИПИ Государстве. <ного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Ио кв», Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101
