Коновалов С. В., Горлова С. Н., Грачев В. В.,
Целлермаер В. В., Громов В. Е.
Сибирский государственный индустриальный университет, г.Новокузнецк
, Россия.Большое количество ответственных деталей машин и механизмов работает в условиях усталостных нагрузок. Поэтому актуальным являются различные методы, отдаляющие момент разрушения данных деталей. Одним из таких методов является обработка изделий мощными импульсами электрического тока, в результате чего усталостный ресурс изделия увеличивается.
В связи с этим в работе проведены исследования влияния обработки токовыми импульсами на физико-механические свойства образцов (с концентратором напряжений в виде полукруглого выреза) из сталей 16ГС и 09Г2С.
Образцы для снятия внутренних напряжений, образовавшихся в процессе выплавки, предварительно подвергали разным стадиям термообработки. А именно: для стали 16ГС – состояние поставки; нормализация; отпуск; для стали 09Г2С – состояние поставки; нормализация.
Малоцикловые усталостные испытания осуществлялись с частотой 8 Гц. Применялись следующие методы неразрушающего контроля
: метод автоциркуляции импульсов (прибор ИСП-11) с помощью которого измерялась скорость ультразвука и рентгеноструктурный метод (дифрактометр ДРОН-4, излучение Сoka ) для контроля внутренних напряжений.Известно, что кривая зависимости скорости распространения ультразвука (?) от числа циклов нагружения N – (?(N)) имеет вид трехстадийной спадающей кривой. В связи с этим исследования проводились на всех точках кривой ?(N). Особое внимание уделялось точкам, лежащим на каждой из трех стадий, а именно 0, 1000, 3000 и 5000. В этих точках осуществлялось электростимулирование (ЭС) (j= 80
, f=70Гц, t=30 сек.) после
чего нагружение образцов продолжалось до
разрушения.
Образцы всех типов термообработки, подвергнутые электростимулированию, после дальнейшего нагружения до разрушения выдерживают не одинаковое количество циклов, причем, как ЭС так и термообработка оказывают влияние на число циклов до разрушения. После обработки электрическими импульсами происходит увеличение числа циклов до разрушения в среднем на 34%. Наибольшее увеличение наблюдается для нормализованных образцов из стали 16ГС, простимулированных после 5000 циклов нагружения. Образцы с данным видом термообработки после ЭС разрушались только после 10000 циклов нагружения.
Рентгенографические исследования показали, что в результате обработки электрическими импульсами происходит снижение макронапряжений, причем наибольшее снижение установлено на последней стадии кривой ?(N)) для образцов всех видов термообработки. Так у образца из стали 09Г2С в состоянии поставки при электростимулировании в точке N=5000 происходит снижение (s
1+s 2) от 837МПа до 335МПа. Увеличение скорости ультразвука после ЭС в среднем на 14,8 м/с сопровождается уменьшением s 1+s 2 на 250 МПа.В результате проведения металлографических исследований нормализованных образцов установлено, что структура низкоуглеродистой стали 16ГС, в процессе малоциклового нагружения практически не изменяется. Наблюдается увеличение среднего размера зерен от 17,9 до 28,5 мкм при нагружении до 3000 циклов. В области N= 3000 – 5000 циклов нагружения отмечается появление усталостных микротрещин и дальнейшее нагружение приводит к уменьшению среднего размера зерен от 28,5 до 20,2 мкм. Электростимулирование в указанных точках изменяет средний размер зерен. Так, средний размер зерен для образцов после 3000 циклов в результате электростимулирования уменьшается от 28,5 до 25,3 мкм, а после 5000 циклов – увеличивается от 18,9 до 21,2 мкм. Установлен сдвиг распределения частиц по размерам в сторону уменьшения после ЭС. Если образец до стимулирования содержал частицы феррита максимального размерного типа d>27,5 мкм в
количестве 13%, то после – уже 3%.Установлено, что в результате нормализации скорость ультразвука падает в среднем на 6,6 м/с (0.25%), а в результате отпуска падает на 3 м/c (0,11%) по сравнению со сталями в состоянии поставки. Электростимулирование приводит к повышению скорости ультразвука в среднем на 15,5 м/с (0,59%).
Можно заключить, что воздействие мощных импульсов электрического тока на сталь, испытываемую на малоцикловую усталость, является эффективным способом восстановления ее работоспособности
.e-mail: asf@asf.e-burg.ru