RU2471002C1 - Способ повышения сопротивления усталости конструкционных металлических материалов - Google Patents
Способ повышения сопротивления усталости конструкционных металлических материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2471002C1 RU2471002C1 RU2011148049/02A RU2011148049A RU2471002C1 RU 2471002 C1 RU2471002 C1 RU 2471002C1 RU 2011148049/02 A RU2011148049/02 A RU 2011148049/02A RU 2011148049 A RU2011148049 A RU 2011148049A RU 2471002 C1 RU2471002 C1 RU 2471002C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metallic materials
- structural
- cyclic
- max
- plates
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке способов повышения характеристик усталостной долговечности конструкционных металлов на основе преобразования энергетической структуры материалов как на стадии производства сплавов и полуфабрикатов, так и в эксплуатации. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение сопротивления усталости конструкционных металлических материалов. Для достижения технического результата в способе упрочняющей обработки пластин из конструкционных металлических материалов, включающем тренировку нагружением пластины путем внешнего механического воздействия на пластину с обеспечением циклического растяжения, осуществляют переменное механическое воздействие в диапазоне циклических дозирующих нагрузок сжатия от σ=(-3÷-10) кг/мм2 до σmax=(+1÷+4) кг/мм2 и сдвига до τ=(±3,0÷±5,0) кг/мм2. 2 табл., 4 ил.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке способов повышения характеристик усталостной долговечности конструктивных металлов на основе преобразования энергетической структуры материалов как на стадии производства сплавов и полуфабрикатов, так и в эксплуатации.
Известны способы повышения и стабилизации механических характеристик металлических полуфабрикатов посредством обтяжки растяжением вдоль проката до 2% (Алиева С.Г., Альтман М.Б., Амбарцумян С.М. и др. Промышленные алюминиевые сплавы: Справочное изд. / 2 изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1984), повышения усталостной долговечности металлов и элементов конструкций с помощью создания в опасных сечениях, в зонах концентрации напряжений полей остаточных напряжений обратного эксплуатационным напряжениям знака (остаточных напряжений сжатия) методами локального упругого, упругопластического или пластического деформирования материала по контуру концентратора напряжений и постановки болтов и заклепок с гарантированным осевым и радиальным натягом (Белов В.К., Рудзей Г.Ф., Калюта А.А. Повышение усталостной долговечности заклепочных и сварных соединений авиационных конструкций технологическими методами: Монография. - Новосибирск, 2006).
Остаточные напряжения сжатия, суммируясь с действующими в конструкции эксплуатационными напряжениями от внешних воздействий, существенно снижают уровень максимальных напряжений цикла растяжения, что приводит к ощутимому приросту долговечности элемента конструкции за счет увеличения периода циклической наработки до момента появления трещины усталости.
Известные способы местного пластического деформирования (МПД) связаны с пластическим деформированием поверхностного слоя элемента конструкции, материала на контуре концентратора в плоскости детали или в поперечном направлении (Брондз Л.Д. Технология и обеспечение ресурса самолетов. - М.: Машиностроение, 1986). При этом эффект упрочнения ограничивался диапазоном возможных деформаций по физико-механическим параметрам или конструктивным соображениям.
Недостатком этих способов является невозможность восстановления релаксирующего во время эксплуатации или хранения изделия эффекта упрочнения без повторения операций упрочнения с разборкой соединений, узлов, агрегатов.
Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому способу являются способы повышения сопротивления усталости элементов конструкций с концентраторами напряжений за счет эпизодических или периодических периодов отдыха или умеренных перегрузок материала статическим растяжением (Форрест П. Дж. Усталость металлов. - М.: Машиностроение, 1968), тренировок циклическим растяжением (Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. - М.: Металлургия, 1975).
Недостатком данного способа является очень низкий эффект упрочнения (до 10…15% от исходной долговечности) в зоне концентратора напряжений - источника зарождения трещин усталости. Эффект на гладких образцах материалов - в пределах разброса экспериментальных результатов.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение сопротивления усталости конструкционных металлических материалов.
Для достижения технического результата в способе упрочняющей обработки пластин из конструкционных металлических материалов, включающем тренировку нагружением пластины путем внешнего механического воздействия на пластину с обеспечением циклического растяжения, осуществляют переменное механическое воздействие в диапазоне циклических дозирующих нагрузок сжатия от σ=(-3÷-10) кг/мм2 до σmax=(+1÷+4) кг/мм2 и сдвига до τ=(±3,0÷±5,0) кг/мм2.
Экспериментальная проверка влияния способа предварительной обработки сдвигом проведена на алюминиевом сплаве Д16АТ, лист толщиной δ=2,8 мм, временное сопротивление при растяжении σв=47,5 кг/мм2, модуль упругости первого рода Е=7,2·103 кг/мм2.
Для реализации программ предварительного нагружения металла сдвиговыми напряжениями разработано приспособление (фиг.1), обеспечивающее нагружение пластины в ее плоскости как балки с заделкой по концам, нагруженной посередине сосредоточенной силой.
Принципиальная схема нагружения показана на фиг.2.
Во избежание возникновения биений при высокочастотном нагружении в приспособлении на каждом уровне закреплялись по две пластины с внутренними прокладками достаточной толщины, что создавало жесткий контур в плане (фиг.1).
Эта методика позволила проводить нагружение пластин сдвиговыми напряжениями до уровня τ=±5 кг/мм2.
Для предварительного нагружения пластин на сжатие использовали, в основном, то же приспособление. Вместо конструкции из четырех поперечно расположенных пластин на те же носители жестко закрепляли две, разнесенные на расстояние ~35 мм, продольно расположенные пластины высотой ~120…130 мм.
Такое устройство позволило провести циклическое нагружение пластин напряжениями сжатия до уровня σсж=-10 кг/мм2 без потери устойчивости.
После проведения предварительной наработки пластин по указанным методикам из них изготавливали образцы для испытаний на статическую прочность и выносливость.
Предварительную наработку пластин проводили по пяти различным программам, представленным в таблице 1, из которых две программы - испытания на сдвиг, три программы - испытания па растяжение-сжатие.
В программах, содержащих несколько уровней напряжений, наработка произведена последовательно, начиная с нижних уровней напряжений, в итоге суммируясь по всем уровням.
Характеристики статической прочности после наработки по этим программам мало изменились: предел прочности σв остался таким же, как у исходного металла, модуль упругости Е увеличился на 7…8% после программ на сжатие.
Все напряжения программ лежат в упругой зоне металла.
| Таблица 1 | ||||
| Программа предварительного нагружения пластин из Д16АТ, δ=2,8 мм | ||||
| № п/п |
Программа предварительного циклического нагружения (тренировки) | Режим предварительного циклического нагружения | Условное обозначение программы | |
| Максимальное минимальное; напряжение цикла, кг/мм2 | Наработка, циклов | |||
| 1 | Одноступенчатый знакопеременный симметричный сдвиг | τ=±3,0 | 80000 | τ3 |
| 2 | Трехступенчатый знакопеременный симметричный сдвиг | τ=±3,0 τ=±4,0 τ=±5,0 |
40000 40000 40000 |
τ5 |
| 3 | Трехступенчатое осевое сжатие -растяжение | σ=+1,0; -3,0 σ=+2,0; -6,0 σ=+2,0; -9,0 |
40000 40000 40000 |
С9 (40) |
| 4 | Четырехступенчатое осевое сжатие - растяжение | σ=+1,5; -3,0 σ=+2,5; -5,0 σ=+3,0; -8,0 σ=+4,0; -10,0 |
60000 60000 60000 60000 |
С10 (60) |
| 5 | Четырехступенчатое осевое сжатие -растяжение | σ=+1,5; -3,0 σ=+2,5; -5,0 σ=+3,0; -8,0 σ=+4,0; -10,0 |
60000 80000 100000 120000 |
С10 (120) |
Для оценки влияния программы предварительного нагружения последующие сравнительные испытания исходного материала на выносливость проведены на разных уровнях напряжений отнулевыми циклами растяжения в широком диапазоне значений максимального напряжения цикла σmах: от 15 кг/мм2 до 44 кг/мм2.
В таблице 2 приведены средние значения выносливости гладких образцов Ncp для разных уровней σmax и относительные значения Ncp/Nисх выносливости на этих уровнях σmax после предварительной наработки по пяти вышеуказанным программам.
На фиг.3 и 4 приведены графики, иллюстрирующие увеличение относительной выносливости Ncp/Nисх (σ) образцов после предварительной наработки по этим пяти программам.
| Таблица 2 | |||||||||
| Сводная таблица результатов испытаний образцов (гладких) после предварительной наработки по пяти различным программам | |||||||||
| №п/п | Условное обозначение программы | σmах=15 кг/мм2, Nисх=1613,2 т.ц. | σmах=20 кг/мм2, Nисх=426,9 т.ц. | σmах=30 кг/мм2, Nисх=84,3 т.ц. | σmах=40 кг/мм2, Nисх=23,7 т.ц. | ||||
| Ncp | Ncp/Nисх | Ncp | Ncp/Nисх | Ncp | Ncp/Nисх | Ncp | Ncp/Nисх | ||
| 1 | τ3 | 3982,67 | 2,47 | - | 1,0 | - | - | - | - |
| 2 | τ5 | >8101,8 | >5 | 899,00 | 2,100 | 133,86 | 1,588 | - | - |
| 3 | С9 (40) | - | - | 864,76 | 2,025 | 113,35 | 1,344 | - | - |
| 4 | С 10 (60) | >10023,8 | >6,2 | 1317,00 | 3,085 | 141,00 | 1,670 | - | - |
| 5 | С10 (120) | - | - | 1720,87 | 4,030 | 194,12 | 2,300 | 30,420 | 1,283 |
Здесь
Nисх, тысяч циклов - исходная долговечность гладкого образца при отнулевом циклическом растяжении с максимальным напряжением цикла σmах;
Ncp, тысяч циклов - долговечность гладкого образца при отнулевом циклическом растяжении с максимальным напряжением цикла σmах после предварительной циклической наработки по соответствующей программе.
Полученные результаты показывают:
- принятые методики позволяют значительно повысить выносливость исходного конструкционного металла в широком диапазоне эксплуатационных напряжений;
- увеличение параметров программ предварительной наработки (τ, σ, N, ступеней их дискретности) дает существенное увеличение выносливости;
- после программ предварительной наработки τ5, С10 (60), С10 (120) предел выносливости исследованного конструкционного металла (Д16АТ) увеличился до 15 кг/мм2.
Claims (1)
- Способ упрочняющей обработки пластин из конструкционных металлических материалов, включающий тренировку нагружением путем внешнего механического воздействия на пластину с обеспечением циклического растяжения, отличающийся тем, что осуществляют переменное механическое воздействие на пластину в диапазоне циклических дозирующих нагрузок сжатия от σ=(-3÷-10) кг/мм2 до σmax(+1÷+4) кг/мм2 и сдвига τ=(±3,0÷±5,0) кг/мм2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011148049/02A RU2471002C1 (ru) | 2011-11-28 | 2011-11-28 | Способ повышения сопротивления усталости конструкционных металлических материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011148049/02A RU2471002C1 (ru) | 2011-11-28 | 2011-11-28 | Способ повышения сопротивления усталости конструкционных металлических материалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2471002C1 true RU2471002C1 (ru) | 2012-12-27 |
Family
ID=49257482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011148049/02A RU2471002C1 (ru) | 2011-11-28 | 2011-11-28 | Способ повышения сопротивления усталости конструкционных металлических материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2471002C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU424911A1 (ru) * | 1963-04-13 | 1974-04-25 | И. А. Гкндин, И. М. Неклюдов , Я. Д. Стародубов Физико технический институт Украинской ССР | Способ механико-термической обработки металлов и сплавов |
| RU2159162C2 (ru) * | 1998-10-01 | 2000-11-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Способ обработки заготовок из металлов и сплавов |
| RU2222635C2 (ru) * | 2000-12-14 | 2004-01-27 | Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх | Способ обработки металлических материалов и заготовка из алюминида титана, полученная этим способом |
| RU2252269C1 (ru) * | 2004-01-08 | 2005-05-20 | Воронежский государственный технический университет | Способ улучшения свойств инструментальной стали |
| RU2325451C2 (ru) * | 2006-06-26 | 2008-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ улучшения свойств инструментальной стали |
| RU2354715C1 (ru) * | 2007-12-24 | 2009-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ упрочнения деталей из конструкционных материалов |
-
2011
- 2011-11-28 RU RU2011148049/02A patent/RU2471002C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU424911A1 (ru) * | 1963-04-13 | 1974-04-25 | И. А. Гкндин, И. М. Неклюдов , Я. Д. Стародубов Физико технический институт Украинской ССР | Способ механико-термической обработки металлов и сплавов |
| RU2159162C2 (ru) * | 1998-10-01 | 2000-11-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Способ обработки заготовок из металлов и сплавов |
| RU2222635C2 (ru) * | 2000-12-14 | 2004-01-27 | Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх | Способ обработки металлических материалов и заготовка из алюминида титана, полученная этим способом |
| RU2252269C1 (ru) * | 2004-01-08 | 2005-05-20 | Воронежский государственный технический университет | Способ улучшения свойств инструментальной стали |
| RU2325451C2 (ru) * | 2006-06-26 | 2008-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ улучшения свойств инструментальной стали |
| RU2354715C1 (ru) * | 2007-12-24 | 2009-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ упрочнения деталей из конструкционных материалов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6345682B2 (ja) | 航空機製造用の変厚構造要素の製造方法 | |
| US7497361B2 (en) | Process to fracture connecting rods and the like with resonance-fatigue | |
| CN106872259B (zh) | 用于计算配置高强钢筋的受弯构件的最大裂缝宽度的方法及确定高强钢筋截面积的计算方法 | |
| Veljkovic et al. | Friction connection in tubular towers for a wind turbine | |
| RU2471002C1 (ru) | Способ повышения сопротивления усталости конструкционных металлических материалов | |
| Takahashi et al. | Effects of shot peening on the torsional fatigue limit of high‐strength steel containing an artificial surface defect | |
| US20090133785A1 (en) | Leaf spring material and manufacturing method thereof | |
| Wen-jie et al. | The influential factors on very high cycle fatigue testing results | |
| Dong et al. | Low cycle fatigue and ratcheting failure behavior of AH32 steel under uniaxial cyclic loading | |
| Chaves et al. | Stage I crack directions under in-phase axial–torsion fatigue loading for AISI 304L stainless steel | |
| Uz et al. | Improvement of damage tolerance of laser beam welded stiffened panels for airframes via local engineering | |
| Vucko et al. | Combined corrosion and fatigue performance of joined materials for automotive applications | |
| Saalfeld et al. | On the influence of overloads on the fatigue performance of deep rolled steel SAE 1045 | |
| Fujii et al. | Fatigue properties of spot welded and spot weld-bonded joints of steel sheet | |
| Angelova et al. | On fatigue behavior of two spring steels. Part I: Wöhler curves and fractured surfaces | |
| JP5312973B2 (ja) | トーションバーおよびその製造方法 | |
| RU2475322C1 (ru) | Способ формообразования деталей | |
| US9365917B1 (en) | Method of heat treating aluminum—lithium alloy to improve formability | |
| Scala et al. | Corrosion fatigue on 2024T3 and 6056T4 aluminum alloys | |
| Benachour et al. | Fatigue crack initiation and propagation through residual stress field | |
| Guo et al. | Fretting fatigue behavior of riveted Al 6XXX components | |
| Prakash et al. | Combined influence of pin-hole interference and additional hole on the stress intensity factor for a pin loaded finite plate | |
| JP6696135B2 (ja) | 鋼管軸力部材 | |
| Park et al. | Failure and damage of steel thin-plate elements and angle members due to very-low-cycle loading | |
| Saray et al. | Effect of Friction Stir Processing on Fatigue Behaviour of thin Dual Phase (DP-600) Steel Sheets |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141129 |