Введение к работе
Актуальность темы. Технический уровень современного машиностроения, наряду с совершенствованием конструкций и технологии производства, в значительной мере обусловливается структурой и свойствами металлических материалов, обеспечивающих надежную и безопасную эксплуатацию.
В промышленности широко применяются металлы и сплавы, которые подвергаются различным технологическим обработкам. Поскольку эффект режимов обработки, в том числе и наиболее распространенных в производстве процессов пластического деформирования, на механические свойства конструкционных материалов недостаточно исследован, то прогнозировать поведение деталей в условиях эксплуатации затруднительно.
Актуальность темы исследования обусловливается необходимостью оценки прочности и долговечности при низких и повышенных температурах предварительно деформированных материалов, в частности, используемых в производсве автобусов ПАЗ сталей и их сварных соединений, которые в процессе эксплуатации испытывают действие циклических нагрузок в области температур от -50 до 70 С.
Решение проблемы прогнозирования сопротивления усталостному разрушению при разных температурах металлических материалов с учетом структуры и обработки обеспечивает научную основу для оптимизации режимов технологических процессов, разработки методов повышения долговечности и надежности и снижения материалоемкости изделий.
Цель работы. - исследовать влияние пластического деформирования, сварки и термообработки на механические свойства при статическом и циклическом нагружении при низких и повышенных температурах широко применяемых в машиностроении сталей и цветных сплавов;
исследовать процесс усталостного разрушения при разных температурах предварительно деформированных металлических материалов;
установить оптимальные режимы технологической обработки материалов с целью повышения их сопротивления усталостному разрушению при низких, комнатной и высоких температурах;
разработать практические рекомендации по использованию полученных закономерностей в промышленности, в частности в производстве автобусов ПАЗ.
Научная новизна.
установлено, что повышение температуры испытания от 0,06 до 0,6 Тпл.К приводит к уменьшению периода до зарождения усталостных трещин, возрастанию скорости их развития и понижению циклической долговечности деформированных металлических материалов;
установлено, что понижению долговечности при различных амплиту-
дах материала под влиянием обработки или температуры соответствует уменьшение зоны усталостной трещины в изломах образцов, более хрупкий характер их разрушения и долома;
установлены зависимости (с коэффициентом корреляции более 0,92) эффекта пластического деформирования на долговечность и сопротивление усталости при низких и повышенных температурах металлов и сплавов от их способности к упрочнению при статическом нагружении. Показано, что повышение степени равномерной пластической деформации способствует увеличению долговечности и сопротивления усталости тем в большей мере, чем выше показатель упрочнения материала в исходном состоянии;
установлены зависимости (с коэффициентом корреляции не менее 0,73) сопротивления усталости на базе 10! циклов деформированных материалов от их пределов прочности и текучести в области температур от 0,06 до 0,6 Тпл,К.
Практическая ценность работы. Использование в расчетах на долговечность полученных для сталей и цветных сплавов после разных режимов обработки кривых усталости и кривых распределения долговечности при температурах от 0,06 до 0,6 Тпл,К позволяет повысить точность прогнозирования эксплуатационной надежности деталей и снизить в ряде случаев их металлоемкость.
Установленные в работе закономерности, аппроксимируемые уравнениями, дают возможность оценить эффект пластического деформирования на сопротивление металлов и сплавов усталостному разрушению, определить оптимальный режим термической и пластической обработки, сократить объем и трудоемкость поисковых работ.
Реализация в АО "Павловский автобус" практических рекомендаций по выбору материалов и режимов их обработки, обоснованных научными разработками автора диссертации:
повышает циклическую долговечность сталей и их сварных соединений при температурах -50, 20 и 70 С;
повышает стабильность прочностных свойств и качество отштампованных деталей и сварных соединений;
сокращает трудоемкость и энергозатраты при проведении ремонтных и поисковых работ;
сокращает металлоемкость автобуса ПАЗ-3205.
Экономический эффект от внедрения в производство автобусов ПАЗ-3205 (г.Павлово) составляет 1350 млн.рублей в год (по расценкам 1995 года).
Основные положения, представляемые к защите.
-установленные закономерности изменения сопротивления усталости и долговечности при разных температурах исследованных материалов и их сварных соединений после различных режимов пластической обработки;
- обоснованные оптимальные режимы обработки металлических матери-
алов, обеспечивающие повышение сопротивления усталостному разрушению при низких, комнатной и высоких температурах; - установленные закономерности кинетики процесса усталостного разрушения, изменения долговечности до зарождения трещин и скорости их развития при разных температурах в зависимости от предварительной обработки и структуры материала; -установленные зависимости эффекта пластической деформации на сопротивление усталости и долговечность металлических материалов от их механических свойств (пределов прочности и текучести) и способности к упрочнению при статическом растяжении. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Межреспубликанской конференции "Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин" г.Волгоград, 1989,1990,1992 г.г.; U-ой научно-технической конференции "Современные достижения в теории и технологии пластической деформации металлов, термообработке и в повышении долговечности изделий" г.Горький, 1989г.; Межреспубликанской научно-технической конференции "Конструкционная прочность, долговечность, упрочнение материалов и деталей машин"; -.Волгоград, 1990г.; Всесоюзной конференции "Новые материалы и зесурсосберегающие технологии термической обработки в машино-:троении и металлургии", г.Новокузнецк, 1991; научно-технической сонференции "Проктирование современных машин, их элементов и систем", Г.Н.Новгород, 1993; научно-техническом семинаре Академии гехнологических наук РФ ВВО "Повышение эффективности машиностроительного производства", г.Нижний Новгород, 1993; 2-ой Международ-(ой конференции по экранопланам, г.Нижний Новгород, 1994г. Іубликации. Основные результаты диссертационной работы представ-іеньї более чем в 20 печатных работах: брошюра, статьи, тезисы юкладов, авторское свидетельство.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шти глав, общих выводов, списка используемой литературы и припо-кения, включающего таблицы и акт внедрения результатов работы. Эсновная часть диссертации содержит 240 страниц машинописного екста, 8 таблиц, 114 рисунков, библиографию из 192 наименований.
Похожие диссертации на Прогнозирование сопротивления усталостному разрушению при разных температурах предварительно деформируемых металлических материалов
