SU1157087A1 - Способ упрочнени деталей - Google Patents

Abstract

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ, преимущественно литых несущих деталей железнодорожного подвижного состава, включающий нагружение их статической нагрузкой, по направле- . нию совпадающей с рабочей нагрузкой и вызьшающей возникновение остаточ- . ных пластических деформаций в ааиболее напр женных зонах, о т л  чающийс  тем, что, с цель повышени  живучести, предела вьтосливости и повышени  сопротивлени  хрупкежу разрушениюj нагружение производ т до по влени  в н кболее напр женных зонах остаточных пластических деформаций 0,1-0,3%,

Description

сл J

о

00

, Изобретение относитс  к области упрочнени  стальных изделий и может найти применение в машиностроении, преимущественно при изготовлении и ремонте литых несущих деталей желез нодорожного подвижного состава. Известен способ упрочнени  литых несущих деталей за счет создани  в наиболее ответственных зонах оста точных напр жений обратного знака рабочим напр жением в результате пластической деформации, основу которого составл ет вибронаклеп метал ла многобойковым упрочнителем в локальных участках деталей,Такой способ обработки обеспечивает заметное повьшение усталостной прочности flJ Однако в результате повьшенйй тв дости металла в наклепанном слое на 30-40% по сравнению с исходным состо нием имеет место снижение сопротивлени  стали хрупкому разрушению , создаютс  услови  образовани  микротрещин в наклепарном слое, осо бенно в области твердых неметагалических включений, и возникает концентраци  остаточных напр жений того же знака, что и рабочих напр жений , у внутренних дефектов,рас положенных под наклепанным слоем, вследствие чего повьппаетс  веро тность инициировани  усталостной трещины. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ объемного упрочнени  деталей, работающих при переменных нагрузках, заключающийс  в том, что деталь нагрз жают статической нагрузкой, котора  по направлению совпадает с рабочей, но больше ее, в результате чего в детали возникают пластические деформации. После сн ти  статической нагрузк в детали возникают остаточные напр  жени , которые, суммиру сь с переменньми напр жени ми рабочей нагруз ки, уменьшают их абсолютные значени  и этим увеличивают усталостную прочность детали C2J. Однако применение известного способа дл  литых несзпцих деталей железнодорожного подвижного соста на не представл етс  возможным, так как он не содержит конкретньпс величин пластической деформации, без чего невозможно обеспечелие таких важнейших характеристик эксплуатационной надежности как живучести, т.е. остаточной долговечности детали в поврежденном состо нии, сопротивлени  хрупкому разрушению. Цель изобретени  - повышение живучести, предела выносливости и повьшгени  сопротивлени  хрупкому разрушению. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу упрочнени  деталей, преимущественно литых несущих деталей железнодорожного подвижного состава, вктпочающему нагружение их статической нагрузкой, по направлению совпадающей с рабочей нагрузкой и вызывающей возникновение остаточных пластических деформаций в наиболее напр женных зонах, нагружение производ т до по влени  в наиболее напр женных зонах остаточных пластических деформаций 0,1-0,3%. При этом искажение формы детали (базовые размеры) находитс  в пределах допуска на размер. Остаточна  пластическа  деформаци  ограничиваетс  значени ми 0,1-0,3% так как при выход за зти пределы происходит резкое падение значений живучести и предела вьмосливости , т.е. характеристики эксплуатационной надежности деталей.Нижний предел (0,1%) регламентируетс  живучестью и вли нием литейных дефектов на вьшосливость, а верхний предел (0,3%) - сопротивлением хрупкому разрушению. Способ реализуют следующим образом . Деталь -нагружают статической нагрузкой, прикладываемой в тех же местах и в том же направлении, что и при эксплуатации, до по влени  в них пластических деформаций. После сн ти  нагружени  в упрочн емых (наиболее напр женных) зонах формируютс  остаточные напр жени  обратного знака по сравнению с эксплуатационными напр жени ми. Литые детали грузовых вагонов: боковые рамы и надрессорные балки тележек, а также поддерживающие балочки автосцепки подвергают упрочнению по предлагаемому и известному способам, причем за известный способ прин ты режимы упрочнени , в которых остаточные пластичес

311

деформации деталей выход т за за вленные пределы, т.е. меньше 0,1% и больше 0,3%.

Пример 1. Боковые рамы из стали 20Л подвергают пластическому деформированию поперечным изгибсм на двух опорах, расположенных посредине буксовых проемов, вертикальной статической нагрузкой до достижени  предельного прогиба в средней части опорной поверхности рессорного проема 9 мм.

Пример 2. Надрессорные балки из стали 2СШ деформируют на двух опорах, расположеннйх под опорными поверхност ми дл  пружин, вертикальной статической нагрузкой до достижени  предельного прогиба в нижнем по се балки.

П р и м-е р 3. Поддерживающие балочки автосцепки из стали 20Л подвергают пластическому деформированию , на двух опора:х до достижени  предельного прогиба в средней части-нижнего по са.

В наиболее напр женных зонах указанных деталей остаточные плас- тические деформации наход тс  в пределах 0,05-0,4%. Затем провод т усталостные испытани  упрочненных деталей. В табл.1 приведена живучесть деталей. В табл.2 приведено вли ние упрочнени  на вьшосливость деталей с литейными дефектами.

Испытани  боковых рам и надрессорных балок провод т в режиме посто нной средней нагрузки цикла, равной соответственно 300 и 400 кН а поддерживающих балочек в режиме посто нного коэффициентаасимметрии, равного 0,29.

Живучесть деталей, приведенна  в табл.1, определ етс  как разность чисел циклов переменной нагрузки до разрушени  (N/) и по влени  первой трещины длиной 20 мм (N). Сравнение вариантов в зависимости от величины средней остаточной пластической деформации провод т дл  боковых рам при амплитудной нагрузке цикла Ра 170 кН и надрессорных балок при PQU 200 кН, а поддерживающих балочек при максимальной нагрузке цикла 100 кН.

При остаточных пластических деформаци х меньше 0,1% эффект повышени  живучести практически отсутствует , поскольку находитс  в пре70874

делах рассто ни  долговечности при циклическом нагружении.

При упрочнении по предлагаемому способу обеспечиваетс  существенное

5 повышение предела выносливости и снижение вли ни  литейных дефектов на выносливость несущих деталей (табл.2). В результате локализации пластической деформации у литейных дефектов имеет место концентраци  остаточных напр жений, обратна  по знаку концентрации напр жений от эксплуатационной.нагрузки. , При упрочнении в интервале деформаций по предлагаемому способу наблюдаетс  существенное увеличение вьшосливости как бездефектных деталей , так и деталей с дефектами-. Наибольшую опасность при деформировании литых несущих деталей

раст жением или изгибом представл ют зоны локализации пластической деформации в окрестности литейных дефектов. Коэффициент локализации

5 пластической деформации у литейных дефектов типа трещин в отливках из малоуглеродистой стали, определ етс  методом делительных сеток и составл ет Kg 5 от величины средней остаточной пластической деформации в зоне расположени  дефекта. В табл.3 представлены результаты испытаний на ударную в зкость КСи малоуглеродистой стали при

-60 С в зависимости от величины

остаточной пластической деформации. Учитьюа  локализацию деформации у дефектов в реальных детал х, в табл.3 приведены значени  KCU при

средних остаточных пластических леформаци х в интервале 0, 0,4% и соответствующих им локальных деформаци х. В интервале средних остаточных пластических деформа-

ций 0,1-0,3% дл  всех марок стали при отсутствии концентраторов имеет место повышение ударной в зкости с ростом пластической деформации. При локальных пластических деформаци х выше 0,5% начинаетс  снижение ударной в зкости, смен ющеес  резким ее падением при локальной пластической деформации больше 1,5%.

На поддерживающих балочках автоС1|епки грузовых вагонов определ етс  основна  характеристика трещиностойкости - удельна  работа распространени  трещины при ударном

51

нагружении в интервале средних деформаций в наибсшее напр женной зоне - нижнем по се детали. Испытани  провод т падающим грузом на копре с энергией удара 30 МДж при -бОс. Результаты испытаний приведены в табл.4, которые свидетельствуют о том, что при средних пластических деформаци х в наиболее напр женной зоне (меньше 0,1%) работа распространени  трещины мен  етс  незначительно. При средних остаточных деформаци х (больше 0,3%) работараспространени  трещины уменьшаетс  почти в 2 раза.

Следовательно, упрочнение литых ; несуццсх деталей из малоуглеродистой стали при средних остаточных пластических деформаци х в наиболее на57087

пр женных зонах (больше 0,3%) невозможно , так как вызьшает резкое падение характеристик сопротивлени  металла хрупкому разрушению в 5 результате отрицательного вли ни  локальных пластических деформаций у дефектов.

Предлагаемый способ позвол ет повысить эксплуатационные нагрузки и 10 пределы выносливости на деталь и , увеличить грузоподъемность на 3-А т за счет повьш ени  живучести или же обеспечить положительный эффект при существую1цих нагрузках 1$ за счет уменьшени  металлоемкости и использовани  более дешевых марок стали.

Ожидаемый экономический эффект составл ет 1,72 млн.руб. в год. Т а б л и ц а 1

Таблица 2

ОБездефектные

0,1- 0 ,1С дефектами

Бокова  рама

0,2Бездефектные

0,2С дефектами

0,3Бездефектные

0,3С дефектами

0,4Бездефектные

0,4С дефектами

оддерживающа  балочка 0,1

0,1С дефектами

0,2Бездефектные

0,2С дефектами

0,3Бездефектные

0,3С дефектами

0,4Бездефектные

0,4С дефектами

Коэффициент чувствительности к дефектам рассчитан по формуле

Prt - предел выносливости рассматриваемого варианта; Р, - предел выносливости бездефектных рам при t- О.

Бездефектные

Таблица 3

Claims (1)

1. СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ, преимущественно литых несущих деталей железнодорожного подвижного состава, включающий нагружение их статической нагрузкой, по направле- . нию совпадающей с рабочей нагрузкой и вызывающей возникновение остаточных пластических деформаций в наиболее напряженных зонах, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения живучести, предела выносливости и повышения сопротивления хрупкому разрушению; нагружение производят до появления в наиболее напряженных зонах остаточных плас- ~ тических деформаций 0,1-0,3%. 3 £

   ί