Введение к работе
Актуальность темы. Разработка новой техники, отличающейся малым весом и материалоемкостью, требует широкого использования легких высокопрочных металлических материалов, совершенствования технологии изготовления и упрочнения изделий, а также разработки методов оценки их надежности и качества в условиях, приближенных к эксплуатационным.
Поскольку большинство конструкций и деталей машин из алюминиевых сплавов подвержены знакопеременным и сжимающим циклическим нагрузкам, необходимо изучить механизмы усталостного разрушения при данных циклах нагружения, в том числе и формирование пластических зон у вершины усталостной трещины. Пластические зоны, являясь своего рода связующим звеном между структурой и механическими свойствами материала, отражают особенности его поведения в конкретных условиях нагружения и являются наиболее достоверным критерием оценки локального напряженного состояния материала у вершины трещины в момент разрушения.
Известно, что среди различных способов производства металлических изделий литье заготовок и готовых деталей относится к наиболее конкурентоспособным, так как имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с другими технологическими процессами. Для литейных алюминиевых сплавов, учитывая особенности структуры, важно установить связь способов литья и последующей термической обработки заготовок с усталостной долговечностью (числом циклов до разрушения образцов) и механизмом разрушения данных сплавов. Это важно для поиска путей упрочнения материала, обеспечивающих высокий уровень сопротивления материала как зарождению, так и распространению трещины, а также для совершенствования технологии литейного производства.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Оренбургского государственного университета на 1998-2000 годы в рамках: инициативной госбюджетной НИР «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (№ гос. регистрации 01970007694); НИР, выполненной по единому заказу-наряду Министерства образования РФ в 1999-2000 годах (К» 1.4.99Ф); гранта РФФИ 01-01-96411 «Изучеіше прочности материалов, механизмов разрушения и фазовых превращений у вершины трещины в аспекте микромеханики разрушения» в 2001-2003 годах.
Цель работы: установление закономерностей влияния структурообразующих факторов - способов литья и поверхностной упрочняющей обработки, а также коэффициента асимметрии цикла нагружения на усталостную долговечность и механизм разрушения алюминиевых сплавов.
Задачи исследования:
определить влияние структуры, образующейся после различных способов литья алюминиевых сплавов АК8МЗч (ВАЛ8), ВАЛ 12, ВАЛ16 (в песчаную форму, в кокиль, литье с кристаллизацией под давлением) и термической обработки, на усталостную долговечность и механизм разрушения данных сплавов;
изучить влияние поверхностной упрочняющей обработки (корундовым песком и стеклянными шариками) на микрорельеф и структуру поверхностного
слоя образцов, а также на усталостную долговечность и механизм разрушения литейных алюминиевых сплавов АК8МЗч (ВАЛ8) и ВАЛ 16;
- определить влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения R
(R=CTmjl/oniaj() во всем интервале значений от -те до те на усталостную долговеч
ность и механизм разрушения деформируемого алюминиевого сплава АК6.
Методы исследования. Основные методы, использованные для изучения
структуры, характеристик прочности и механизмов разрушения алюминиевых сплавов: механические испытания образцов на усталость, металлография, мак-рофрактографический анализ, растровая электронная микроскопия, рентгеност-руктурный анализ.
Научная новизна работы:
экспериментально обосновано влияние структурообразующих факторов: способов литья и упрочняющей поверхностной обработки на усталостную долговечность и механизм разрушения литейных алюминиевых сплавов;
установлена зависимость длины зоны усталостного развития трещины на поверхности изломов литейных алюминиевых сплавов от величины напряжения симметричного цикла нагружения в виде уравнения If = к ст» + С;
-установлены закономерности влияния коэффициента асимметрии цикла нагружения R в интервале значений от -оо до те на усталостную долговечность и механизм разрушения де<1>ормируемого алюминиевого сплава АК6.
Практическая значимость работы:
определена усталостная долговечность литейных алюминиевых сплавов АК8МЗч (ВАЛ8), ВАЛ 12 и ВАЛ 16, полученных различными способами литья с последующей термической обработкой, а также после различных видов поверхностной упрочняющей обработки образцов;
показано, что увеличение сжимающих напряжений у вершины трещины, обусловленное изменением коэффициента асимметрии цикла нагружения, оказывает на усталостную долговечность алюминиевого сплава АК6 такое же влияние, как и увеличение растягивающих напряжений, т. е. снижает усталост-ігую долговечность образцов.
На защиту выносятся:
закономерности влияния способов литья и поверхностной упрочняющей обработки на усталостную долговечность и механизм разрушения литейных алюминиевых сплавов АК8МЗч (ВАЛ8), ВАЛ 12 и ВАЛ 16;
зависимость длины зоны усталостного развития трещины на поверхности изломов литейных алюминиевых сплавов от величины напряжений в образцах при симметричном цикле нагружения;
зависимость усталостной долговечности и механизма разрушения деформируемого алюминиевого сплава АК6 от коэффициента асимметрии цикла нагружения R в интервале значений от -те до те.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены: на 4-ой международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (г. Оренбург, 2005 г.); на
3-ей всероссийской конференции с международным участием «Новейшие технологические решения и оборудование» (г. Кисловодск, 2005 г.); на дистанционной электронной конференции Российской Академии Естествознания «Новые технологии, методы обработки и упрочнения деталей» (2005 г.); на научной конференции РАЕ «Новые технологии, инновации, изобретения» (г. Иркутск, 2005 г.); на 2-оЙ международной школе «Физическое материаловедение» и 18-ой Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (г. Тольятти, 2006 г.); на научном семинаре кафедры физического металловедения и физики твердого тела Южно-Уральского государственного университета (г. Челябинск, 2006 г.).
Полученные результаты приняты к использованию на предприятиях: ФГУП «Производственное объединение «Стрела» (г. Оренбург), ОАО «Оренбургский станкостроительный завод» (г. Оренбург), а также в учебном процессе ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Личный вклад автора: выбор схем нагружения образцов; статистический анализ результатов механических испытаний и макрофрактографического анализа; обработка, анализ и обобщение результатов исследования; предложение схемы зависимости усталостной долговечности алюминиевого сплава от коэффициента асимметрии цикла нагружения R.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов, списка использованных источников из 129 наименований и приложения, изложена на 120 страницах и содержит 30 рисунков, 11 таблиц.
Похожие диссертации на Обоснование влияния структурообразующих факторов и условий нагружения на усталостную долговечность и механизм разрушения алюминиевых сплавов
