|
сталей в 3 + 8 раз, износостойкости в 1,5 + 2 раза, сопротивление коррозийной усталости в 1,5 2 раза [2, 10, 25]. При шлифовании решающее влияние на образование ОН оказывает тепловой фактор, что, как правило, приводит к появлению растягивающих ОН в поверхностном слое. Структурные превращения, особенно характерные для высоколегированных сталей, проявляются в образовании мартенситного слоя. Сопутствующие ему сжимающие напряжения не оказывают существенного влияния на формирование результирующих ОН в силу доминирования теплового воздействия. Растягивающие ОН достигают величины того же порядка, что и при токарной обработке, но распространяются на меньшую глубину, а затем переходят в сжимающие [2, 10]. При фрезеровании возникают как растягивающие, так и сжимающие поверхностные напряжения [10, 25]. Существенную роль ОН играет в технологии производства корпусов боеприпасов из высокопрочных мартенситностареющих сталей. Исследования показали, что наиболее существенное влияние оказывают ОН на механические характеристики этих сталей, склонных к хрупкому разрушению: снижают статическую прочность [25, 62], предел выносливости при циклических нагрузках [2, 26], приводят к уменьшению износостойкости [3, 10], изменяют формо размеры изделий [10]. Необходимо отметить, что определяющее значение во многих случаях имеет не характер распределения ОН по толщине детали, а величина и знак напряжений на ее поверхности, поскольку именно в поверхностных слоях сосредотачиваются микродефекты, которые становятся очагами разрушения практически при всех видах нагружения [2, 10]. Сжимающие ОН существенную роль играют в технологии производства и в эксплуатации подшипников качения, работающих в тяжелых условиях циклического и повторно-статического нагружения. Это обосновывает выбор вида сталей при их производстве с высоким уровнем прочностных и пластических свойствами, таких как ШХ15. 11 |
ВВЕДЕНИЕ Повышение _технического уровня и эффективности производства машиностроительной отрасли, создание и освоение ресурсосберегающих технологии с улучшением качества продукции определяют устойчивый интерес к проблеме управления остаточными напряжениями (ОН), существенно влияющими на технологические и эксплуатационные свойства металлоизделий. Особое значение приобретает проблема ОН в деталях и узлах ответственного назначения, изготовленных из высокопрочных сталей, условия эксплуатации которых предполагают воздействие существенных механических нагрузок и коррозионно-активных сред. ) Существенную роль ОН играют в технологии производства боеприпасов. Отличительной особенностью таких изделий является то, что они одноразового пользования и запас прочности у них отсутствует. Это обосновывает выбор сталей при их производстве с незначительными запасами прочности. К таким материалам •относятся безуглеродистые мартенситностареющие высокопрочные стали. Положительное влияние на эксплуатационные и ресурсные характеристики металлоизделий оказывают сжимающие ОН: так, возникающие при некоторых видах обработки поверхностным пластическим деформированием (1111Д) напряжения способствуют повышению малоцикловой выносливости конструкционных сталей, износостойкости и сопротивления коррозионной усталости. Сжимающие ОН существенную роль играют в технологии производства и в эксплуатации высокопрочных валов, таких как торсионные валы системы подрессоривания гусеничных машин или стоек шасси летательных аппаратов, работающих в тяжелых условиях циклического и повторно-статического нагруженения. Это обосновывает выбор вида сталей при их производстве с высоким уровнем прочностных и пластических свойств; К таким материалам относятся среднеуглеродистые легированные стали. В этой связи, одной из ключевых задач становится обеспечение неразрушающего контроля (НК) уровня напряженного состояния как на этапе разработки и исследования технологии, так и в процессе производства и эксплуатации таких изделий. ч Наиболее целесообразное решение этой задачи связано с развитием новых методов НК, таких как метод эффекта Баркгаузена (магнитных шумов (МШ)), внедрению в производство которого автор посвятил более 20 лет работы. Однако, широкое применение этого метода сдерживается неоднозначностью зависимости известных информативных параметров от уровня микрои макронапряжений, отсутствием данных об исследованиях новых конструкционных материалов, в частности, высоколегированных мартенситностареющих и углеродистых сталей, недостатком опыта промышленного использования этого метода в комплексе проблем 6 1 ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА. ОСНОВАННОГО НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ МАГНИТНОГО И АКУСТИЧЕСКОГО ПРОЯВЛЕНИЙ ЭФФЕКТА БАРКГАУЗЕНА, ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИЗДЕЛИИ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ 1.1 ЭФФЕКТ БАРКГАУЗЕНА И КОМПЛЕКС ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ ПРИ КОНТРОЛЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОИЗДЕЛИИ. Проблема повышения надежности и долговечности работы ответственных изделий связана с возможностью управления и оценки остаточных напряжений (ОН) на всех этапах технологического процесса их производства и эксплуатации. Проработка вопросов, связанных с ОН включает в себя: анализ влияния ОН на эксплуатационные характеристики изделий; изучение причин возникновения и динамики измерения ОН в заготовках от одной технологической операции к другой; анализ ОН вследствие технологической наследственности; создание и применение методов и средств контроля ОН адекватны по чувствительности доступным отклонениям от регламентируемой величины; разработка способов воздействия на величину и распределение ОН с целью снижения их негативного влияния на эксплуатационные характеристики изделий [3,12,28]. Остаточные напряжения связаны с упругими деформациями, существующими в изделии после полного прекращения внешних воздействий, являются следствием реализации неоднородностей и неравномерностей разных видов и масштабов, присущих практически всем способам металлообработки, и участвуют, в той или иной мере, во всех процессах и явлениях, происходящих в металле на макрои микроуровнях. Существенную роль ОН играет в технологии производства боеприпасов. Отличительной особенностью таких изделий является то, что они одноразового пользования и запас прочности у них отсутствует. Это обосновывает выбор сталей при их производстве с незначительными запасами прочности. К таким материалам относятся безуглеродистые мартенситостареющие высокопрочные стали ЭП 836, ЧС 98 [90]. Исследования показали, что наиболее существенное влияние оказывают ОН на механические характеристики этих сталей, склонных к хрупкому разрушению: снижают статическую прочность [28, 90], предел выносливости при циклических нагрузках [29, 30], приводят к уменьшению износостойкости [28, 90], ускоряют процессы коррозии [103], изменяют формо размеры изделий [90]. Необходимо отметить, что определяющее значение во многих случаях имеет не характер распределения ОН по толщине детали, а величина и знак напряжений на ее поверхности, поскольку именно в поверхностных слоях сосредотачиваются микродефекты, которые становятся очагами разрушения практически при всех видах нагружения [12]. Положительное влияние на эксплуатационные и ресурсные характеристики металлоизделий оказывают сжимание ОН: так, возникающие при некоторых видах обработки поверхностным пластическим деформированием напряжения способствуют повышению малоцикловой выносливости конструкционных сталей в 3 -т8 раз, износостойкости в 1,5-г 2,5 раза, сопротивления коррозионной усталости в 1,5 -ь2 раза [1, 29]. Сжимающие ОН существенную роль играют в технологии производства и в эксплуатации высокопрочных валов, т.к. торсионные валы системы подрессоривания гусеничных машин или стоек шасси летательных аппаратов, работающих в тяжелых условиях циклического и повторностатического нагруженения. Это обосновывает выбор вида сталей при их производстве с высоким уровнем прочностных и пластических свойствами. К таким материалам относятся среднеуглеродистые легированные стали 45ХНМФА, 30 ХГСН 2А. Эффективным методом повышения усталостной прочности при изготовлении и ремонте изделий из этих сталей является применение технологических операций, приводящих к пластическому деформированию поверхностных слоев металла. К последним относятся различные статические и динамические методы поверхностного пластического деформирования (IЩД): обработка дробью, виброобработка, обкатывание и раскатывание шариками и роликами, алмазное выглаживание и пр. Достижение требуемых эксплуатационных свойств изделий определяется выбором оптимального режима ППД для каждой конкретной структуры стали, с учетом формы изделия и характера эксплуатационного нагружения [3, 29, 142]. Вместе с тем, статические данные свидетельствуют, что факт проведения ППД не является гарантией достижения ожидаемой долговечности [1, 28]. Поэтому необходимость оценки фактического состояния металла не только при изготовлении изделий, но и в процессе эксплуатации является важной и актуальной задачей [17]. Среди других механических способов воздействия на ОН, в которых реализуются малые пластические деформации, широкое распространение получили правка растяжением и кручением, обработка редуцированиемпроцесс формообразования путем пластического деформирования металла [28]. Связывающим воедино всю систему управления ОН звеном, является проблема контроля ОН, по результатам которого проводится корректировка технологии изготовления изделия на этапе ее разработки, отбраковка изделий с недопустимым уровнем напряжений в процессе производства, диагностика состояния металлоконструкций в процессе их эксплуатации и хранения. 16 |