Введение к работе
Актуальность темы
Работоспособность инженерных конструкций характеризуется предельным состоянием материала в условиях эксплуатации, оцениваемым либо потерей несущей способности, либо появлением чрезмерных деформаций, либо накоплением повреждений и интенсивностью их развития, что особенно важно для ответственных изделий.
Для решения проблемы повышения точности прогноза поведения материала при действии циклических нагрузок, связанной с актуальными вопросами экономии и рационального использования различных металлов и сплавов, оптимизации режимов технологической обработки и увеличения долговечности и надежности изделий, необходимо подробное изучение механизмов и кинетики процесса усталостного разрушения при различных условиях нагружения.
Однако, систематизированные данные по данному вопросу, особенно с учетом структуры металлических материалов, предварительной обработки, температуры и амплитуды воздействия по одной и той же схеме нагружения, фактически отсутствуют.
Вследствие этого, количество и локализация полос скольжения и субмикротрещин, траектория их развития (границы зерен и субзерен, двойников, включений, фаз и т.д.) и механизмы формирования магистральной макротрещины в различных металлах и сплавах оказываются не прогнозируемыми.
Кроме того, наличие различных типов трещинообразования и непредсказуемость траектории развития трещины, затрудняют ее регистрацию, обусловливают сложность и низкую точность количественной оценки живучести и долговечности материала существующими методами.
Вычисление энтальпии активации атомных механизмов, контролирующих процесс накопления повреждений при усталости, по
предлагаемым в литературе схемам, требует выполнения трудоемких многочисленных экспериментов при разных температурах и амплитудах нагружения.
Необходимость и ,актуальность решения поставленных вопросов определяет цели исследований в диссертации:
Цель работы:
-Изучить кинетику структурной повреждаемости при циклическом изгибе металлических материалов после разных режимов термической и пластической обработки;
-Исследовать закономерности влияния температуры и амплитуды цикла на повреждаемость микроструктуры сталей и цветных металлов с учетом их обработки.
-Изучить закономерности изменения долговечности развития усталостных трещин (живучести) металлических материалов в зависимости от обработки, температуры в интервале от 0,06 до 0,6 Тпл.К и амплитуды нагружения при циклическом изгибе.
-Разработать методику прогнозирования долговечности до образования магистральной трещины (живучести) металлов и сплавов с учетом их обработки и условий нагружения при циклическом изгибе.
-Разработать методику оценки энергии активации процесса усталости металлических материалов при разных температурах в условиях циклического изгиба.
Научная новизна работы.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней получены:
-аналитические зависимости для оценки живучести и повреждаемости при циклическом изгибе металлических материалов с учетом их структурного состояния, температуры и амплитуды нагружения, связывающие относительный прогиб и долговечность образцов с энтальпией активации процесса усталости;
-зависимости, аппроксимируемые уравнениями, относительной величины прогиба образцов от их долговечности до появления магистральной трещины критической длины (живучести) для материалов с различной структурой и повреждаемостью после различных видов обработки в области температуры испытаний от 0,06 до 0,6 TIL„K;
-зависимости, аппроксимируемые уравнениями, параметров живучести и повреждаемости микроструктуры металлов и сплавов при усталости в зависимости от их способности к деформационному упрочнению в термообработанном состоянии при статическом нагружении;
-разработана методика вычисления энтальпий активации с целью идентификации физических механизмов процесса разрушения металлических материалов при разных температурах и амплитудах знакопеременного изгиба;
-разработаны практические рекомендации по полученных результатов в производстве.
Практическая ценность работы.
Разработанные на основе установленных в работе зависимостей и уравнений по оценке работоспособности металлических материалов при циклическом изгибе практические рекомендации позволяют:
-определить долговечность металлических материалов и конструкционных элементов;
-сократить трудоемкость и энергозатраты при проведении поисковых, проектных и ремонтных работ;
-оценить стабильность жесткости деталей при усталости с учетом технологической обработки, температуры и спектра циклического нагружения;
-сократить расход и оптимизировать выбор материала;
Акты использования результатов в производцтве прилагаются.
Экономический эффект от внедрения составляет, в ценах 1998 года, 100
тыс., рублей (ТОО "КОТРОКО", г. Самара) и 95 тыс. рублей (ОАО
"СУДОТЕХНИКА", г. Н.Новгород). . ,ч, ... . ;
'' Основные положения, представляемые к защите <! - аналитические зависимости для оценки живучести и повреждаемости при циклическом изгибе металлических материалов с учетом их структурного состояния, температуры и амплитуды нагружения, связывающие относительный прогиб и долговечность образцов с энтальпией активации процесса усталости;
- закономерности изменения живучести и кинетики процессов
повреждаемости металлических материалов в зависимости от их
предварительной обработки, амплитуды и температуры нагружения по схеме
циклического изгиба; -
- функциональные зависимости, аппроксимируемые уравнениями,
связывающие относительный прогиб образцов, обусловленный
повреждаемостью микроструктуры сталей и цветных сплавов после разных
режимов термической и пластической обработки с долговечностью в условиях
циклического изгиба при температурах от 0,06 до 0,6 Т,Ш,К;
- зависимости параметров живучести и повреждаемости микроструктуры
металлов и сплавов при усталости от их способности к деформационному
упрочнению в исходном состоянии при статическом нагружении;
- методика вычисления энтальпии активации физических механизмов
процесса разрушения металлических материалов.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: "Прогрессивные технологии - основа качества и производительности обработки изделий", ВВО АТН РФ, Н.Новгород, 1995; "Технология машиностроения, новые исследования и разработки студентов, аспирантов и преподавателей", НГТУ, Н.Новгород, 1996; 2-й Международной конференции по экранопланам, Н.Новгород, 1994; "Проблемы машиноведения", НФ ИМ ALU РАН, Н.Новгород, 1997; "Повышение качества и эффективности в машино- и приборостроении", ВВО АТН РФ, 1997;
"Совершенствование процессов и оборудования кузнечно-штамповочного производства", НГТУ, 1997.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ (статьи, тезисы докладов).
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка
литературы из 143 наименований и приложения. Работа содержите/о страниц,
в том числе страниц машинописного текста, 52 рисунка, 6 таблиц. В
приложение включено 31 рисунок, 19 таблиц, акты внедрения.
