RU2619480C1 - Method of metal fatigue life forecasting - Google Patents

Method of metal fatigue life forecasting Download PDF

Info

Publication number
RU2619480C1
RU2619480C1 RU2016117940A RU2016117940A RU2619480C1 RU 2619480 C1 RU2619480 C1 RU 2619480C1 RU 2016117940 A RU2016117940 A RU 2016117940A RU 2016117940 A RU2016117940 A RU 2016117940A RU 2619480 C1 RU2619480 C1 RU 2619480C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grain size
fracture
cyclic
cyclic durability
cycles
Prior art date
Application number
RU2016117940A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Германович Пачурин
Владимир Викторович Галкин
Герман Васильевич Пачурин
Алексей Александрович Филиппов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority to RU2016117940A priority Critical patent/RU2619480C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2619480C1 publication Critical patent/RU2619480C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces

Abstract

FIELD: testing equipment.
SUBSTANCE: determination of the steel grain size is performed depending on the processing regime and on the basis of the detected correlation (equation) between cyclic durability in the range 105-106 cycles and the steel grain size, its expected cyclic life is determined. The tests are performed without recording the parameters of the acoustic mission signals, according to which the moment of the fracture initiation is recorded and performing the subsequent monotonic stretching of the test material before destruction in order to open the fracture surface to analyze the fracture focus at the break surface using an electron microscope.
EFFECT: reduction of labour intensity and duration of fatigue life experimental determination.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области усталостных испытаний металлических материалов для определения их циклической долговечности.The invention relates to the field of fatigue testing of metallic materials to determine their cyclic durability.

Сущность метода: проводятся микроструктурные исследования в исследуемой рессорной стали типа 50ХГФА с целью определения размера зерна для образцов, обеспеченных разными степенями технологической деформации (степенями обжатия).The essence of the method: microstructural studies are carried out in the studied spring steel of the 50KHGFA type in order to determine the grain size for samples provided with different degrees of technological deformation (degrees of compression).

Известен способ (патент RU 2461808 С2, G01N 3/32 (2006/01), бюл.№26, опубл. 20.09.2012 г.) определения параметров кривой усталостного разрушения металлических изделий, заключающийся в их циклической нагруженности до разрушения, определении числа циклов нагружения до разрушения при фиксированном уровне нагружения и установлении корреляции между уровнем цикличного нагружения и числом циклов до разрушения. Однако для реализации данного метода необходимо осуществить длительные и трудоемкие циклические (усталостные) испытания. Если для ускорения процесса испытания проводят высокочастотные циклические нагружения, то в металле будут протекать процессы, отличные от условий эксплуатации конкретных деталей (например, разогрев металла), что может оказывать существенное влияние на процессы его упрочнения–разупрочнения, а следовательно, и на величину циклической долговечности. Кроме того, предложенная авторами схема нагружения не всегда соответствует реальному условию эксплуатации металлоизделий (например, рессор и других деталей).The known method (patent RU 2461808 C2, G01N 3/32 (2006/01), bull.no.26, publ. September 20, 2012) determine the parameters of the fatigue fracture curve of metal products, which consists in their cyclic loading to failure, determining the number of cycles loading to failure at a fixed level of loading and establishing a correlation between the level of cyclic loading and the number of cycles to failure. However, to implement this method, it is necessary to carry out lengthy and laborious cyclic (fatigue) tests. If in order to speed up the testing process, high-frequency cyclic loading is carried out, then in the metal there will be processes that are different from the operating conditions of specific parts (for example, heating of the metal), which can have a significant impact on the processes of its hardening – softening and, consequently, on the value of cyclic durability . In addition, the loading scheme proposed by the authors does not always correspond to the actual condition for the operation of metal products (for example, springs and other parts).

Технической задачей предлагаемого способа является снижение трудоемкости и длительности экспериментального определения циклической долговечности, заключающейся в определении размера зерна стали 50ХГФА, например, в зависимости от степени технологической осадки, и установлении корреляции между количеством циклов и величиной зерна.The technical task of the proposed method is to reduce the complexity and duration of the experimental determination of cyclic durability, which consists in determining the grain size of 50KhGFA steel, for example, depending on the degree of technological precipitation, and establishing a correlation between the number of cycles and the grain size.

Для выполнения поставленной технической задачи по предлагаемому способу определения циклической долговечности в рессорной стали типа 50ХГФА, определения числа циклов нагружения до разрушения при фиксируемом уровне напряжения в области долговечности 105 -106 циклов и установления корреляции долговечности с размером зерна, испытания проводят без записи информативных параметров сигналов акустической эмиссии, по которым регистрируется момент возникновения трещины, и осуществления последующего монотонного растяжения испытываемого материала до разрушения, чтобы вскрыть поверхность трещины с целью анализа очага разрушения на поверхности излома с использованием электронного микроскопа.To accomplish the technical task of the proposed method for determining cyclic durability in spring steel type 50HGFA, determining the number of loading cycles to failure at a fixed level of stress in the field of durability 10 5 -10 6 cycles and establishing a correlation of durability with grain size, the tests are carried out without recording informative parameters acoustic emission signals, by which the moment of occurrence of a crack is recorded, and the subsequent monotonic extension of the test material iala to failure to open a crack surface to analyze the fracture focus on fracture surface using an electron microscope.

Предлагаемое изобретение поясняется следующим примером.The invention is illustrated by the following example.

С целью получения образцов для усталостных испытаний с различной величиной зерна, они вырезались методом проволочной электроэрозионной обработки из раскатанных на клин и термически обработанных металлов. По длине прокатанного листа изучалась микроструктура, и определялся размер зерна. Полученные образцы испытывались на усталость (консольно-симметричный изгиб) при одинаковом напряжении, обеспечивающем уровень циклической долговечности в области 105 -106 циклов. Результаты испытаний на усталость сравнивали с размерами зерен образцов.In order to obtain samples for fatigue tests with different grain sizes, they were cut by wire EDM from rolled metal and heat-treated metals. The microstructure was studied along the length of the rolled sheet, and the grain size was determined. The resulting samples were tested for fatigue (cantilever-symmetrical bending) at the same stress, providing a level of cyclic durability in the range of 10 5 -10 6 cycles. Fatigue test results were compared with sample grain sizes.

Установлено, что в качестве основного параметра, характеризующего сопротивление усталости, можно рассматривать размер величины зерна.It is established that the size of the grain size can be considered as the main parameter characterizing the fatigue resistance.

В результате получили уравнение зависимости количества циклов до разрушения (циклическая долговечность) образцов стали 50ХГФА (фиг.1).As a result, we obtained the equation for the dependence of the number of cycles to failure (cyclic durability) of steel samples 50KHGFA (figure 1).

Полученное уравнение зависимости количества циклов до разрушения стали 50ХГФА от величины зерна представляет собой формулу:The obtained equation of the dependence of the number of cycles to the destruction of 50HGFA steel on the grain size is the formula:

Y= -237125,08 Ln(x) +1336448,22,Y = -237125.08 Ln (x) +1336448.22,

R2 = 0,93, (1)R 2 = 0.93, (1)

где Y – число циклов до разрушения;where Y is the number of cycles to failure;

Х – размер зерна, мкм;X is the grain size, microns;

R – коэффициент корреляции.R is the correlation coefficient.

Для реализации способа достаточно определить величину размера зерна стали и по уравнению 1 вычислить ожидаемую циклическую долговечность. To implement the method, it is sufficient to determine the grain size of the steel and, using Equation 1, calculate the expected cyclic durability.

Способ позволяет прогнозировать циклическую долговечность и существенно сократить время ее оценки для сталей типа 50ХГФА за счет исключения длительных, дорогостоящих и энерго- и трудоемких усталостных испытаний. The method allows to predict cyclic durability and significantly reduce the time of its evaluation for steels of type 50KHGFA due to the exclusion of lengthy, costly and energy- and labor-intensive fatigue tests.

Кроме того, данный способ также позволяет выбрать оптимальный режим из конкурирующих технологических обработок по параметру цикличной долговечности, просто сравнив их величину зерна сталей после этих режимов: где меньше размер зерна, там и выше будет циклическая долговечность.In addition, this method also allows you to select the optimal mode from competing technological treatments according to the parameter of cyclic durability, simply comparing their grain size of the steels after these modes: where the grain size is smaller, there will be cyclic durability and higher.

Экспериментальное подтверждение способа проводилось также на сталях марки 51ХГФА и 60С2А. Результаты подтвердили достоверность данного способа. Отклонения циклической долговечности в экспериментах от данных, полученных по уравнению 1, не превышали 6%.Experimental confirmation of the method was also carried out on steels of the grade 51KHGFA and 60S2A. The results confirmed the reliability of this method. The deviations of the cyclic durability in the experiments from the data obtained according to equation 1 did not exceed 6%.

Claims (1)

Способ прогнозирования циклической долговечности рессорной стали типа марки 50ХГФА, заключающийся в определении размера зерна стали в зависимости от режима технологической обработки и на основании выявленной корреляции (уравнения) между циклической долговечностью в диапазоне 105-106 циклов и размером величины зерна стали, определении ожидаемой ее циклической долговечности, отличающийся тем, что испытания проводят без записи параметров сигналов акустической миссии, по которым регистрируется момент возникновения трещины, и осуществления последующего монотонного растяжения испытываемого материала до разрушения, чтобы вскрыть поверхность трещины с целью анализа очага разрушения на поверхности излома с использованием электронного микроскопа.A method for predicting the cyclic durability of spring steel of the 50KHGFA type, consisting in determining the grain size of the steel depending on the processing mode and on the basis of the revealed correlation (equation) between cyclic durability in the range of 10 5 -10 6 cycles and the grain size of the steel, determining its expected cyclic durability, characterized in that the tests are carried out without recording the parameters of the acoustic mission signals, by which the moment of occurrence of a crack is recorded, and followed by monotonous stretching of the test material to failure to open the crack surface in order to analyze the fracture site on the fracture surface using an electron microscope.
RU2016117940A 2016-05-10 2016-05-10 Method of metal fatigue life forecasting RU2619480C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117940A RU2619480C1 (en) 2016-05-10 2016-05-10 Method of metal fatigue life forecasting

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117940A RU2619480C1 (en) 2016-05-10 2016-05-10 Method of metal fatigue life forecasting

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2619480C1 true RU2619480C1 (en) 2017-05-16

Family

ID=58715714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016117940A RU2619480C1 (en) 2016-05-10 2016-05-10 Method of metal fatigue life forecasting

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2619480C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108593691A (en) * 2018-04-24 2018-09-28 扬州大学 A kind of fracture method for making sample based on basalt fibre pitch mixed material cracking resistance
RU2739154C1 (en) * 2020-06-25 2020-12-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method of prediction of parameters of fatigue destruction of sheet metal materials

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1627902A1 (en) * 1988-08-05 1991-02-15 Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР Method of constructions fatigue durability testing
SU1632158A1 (en) * 1989-08-16 1992-06-15 Институт Проблем Прочности Ан Усср Method of testing hte cyclic durability of metallic materials
EP0665432A1 (en) * 1994-01-31 1995-08-02 AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle Method for predictive determination of the tensile strength of a structure
RU2170918C1 (en) * 2000-04-24 2001-07-20 Гусляков Дмитрий Сергеевич Method of estimation of remaining operating time of part

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1627902A1 (en) * 1988-08-05 1991-02-15 Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР Method of constructions fatigue durability testing
SU1632158A1 (en) * 1989-08-16 1992-06-15 Институт Проблем Прочности Ан Усср Method of testing hte cyclic durability of metallic materials
EP0665432A1 (en) * 1994-01-31 1995-08-02 AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle Method for predictive determination of the tensile strength of a structure
RU2170918C1 (en) * 2000-04-24 2001-07-20 Гусляков Дмитрий Сергеевич Method of estimation of remaining operating time of part

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108593691A (en) * 2018-04-24 2018-09-28 扬州大学 A kind of fracture method for making sample based on basalt fibre pitch mixed material cracking resistance
RU2739154C1 (en) * 2020-06-25 2020-12-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method of prediction of parameters of fatigue destruction of sheet metal materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yekta et al. Effect of quality control parameter variations on the fatigue performance of ultrasonic impact treated welds
JP6154794B2 (en) Method for evaluating crack resistance of metal plates
Takahashi et al. Improvement of fatigue limit by shot peening for high‐strength steel containing a crack‐like surface defect
RU2619480C1 (en) Method of metal fatigue life forecasting
JP2011149873A (en) Fatigue characteristic determination method and fatigue life prediction method of material
Rausch et al. Application of quantitave image analysis of graphite structures for the fatigue strength estimation of cast iron materials
Li et al. Corrosion induced degradation of fatigue strength of steel in service for 128 years
Pessard et al. Microstructural heterogeneities and fatigue anisotropy of forged steels
Behrens et al. Acoustic emission technique for online monitoring during cold forging of steel components: a promising approach for online crack detection in metal forming processes
RU2634800C1 (en) Method for definition of threshold of stresses of corrosion torque treatment of steel or alloy under constant deformation
RU2534448C1 (en) Control method of heat-affected zone of weld joints
RU2739154C1 (en) Method of prediction of parameters of fatigue destruction of sheet metal materials
Studený Analysis of the influence of initiating inclusions on fatigue life in plasma nitrided steels
Martinez-Gonzalez et al. Filtering of acoustic emission signals for the accurate identification of fracture mechanisms in bending tests
Bolzon et al. An indentation based investigation on the characteristics of artificially aged pipeline steels
Stephen et al. The effect of pitting corrosion on split sleeve cold hole expanded, bare 7075-T651 aluminium alloy
RU2461808C2 (en) Method of determining parameters of endurance curve of metals
Khasanov et al. Assessment of mechanical characteristics of steel subject to cyclic loads effect on non-standard compact specimens
RU2498272C1 (en) Test method of metals for unconvertible damage
Matocha The use of small punch tests for determination of fracture behaviour of ferritic steels
RU2643698C1 (en) Evaluation method of plane samples deformability manufactured by the method of selective laser sintering
RU2457478C1 (en) Method of detecting pre-destruction zones in welded joints of heat-resistant steels
Chepil et al. The methodology of evaluation and monitoring of the fatigue fracture at macrocrack initiation stage
RU2354957C1 (en) Method of evaluating tendency of alloys to stress-corrosion cracking
RU2245545C2 (en) Method for acoustic-emissive prediction of parameter of continuous hardness of metal

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180511