Способ упрочнения стальных деталей

Изобретение относится к упрочнению металлических деталей с однимили мяогими концентраторами напряжений различной, формы и может быть,использовано для повышения долговечноСти и ресурса деталей, подвергающихся знакопостоянному циклическому нагружению (растяжению, одностороннему изгибу и кручению и ихкомбинациям), 10Известен способ упрочнения метал.лических деталей с концентратораминапряжений путем наклепа поверхности дефррмирующим элементом в направлении действия максимальных напряжений в концентраторе , 1,Недостатком этого способа является необходимость разработки специального сложного и дорогостояще-,го нагружающего устройства, проектирования и изготовления деформирую"щего элемента , разработки технологии упрочнения для каждого теа деталей, а также повторение операцийупрочнения для каждого концентрато , 25рв напряжений.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигавмому результату является способ,заключающийся в упрочнении металлическихдеталей с концентраторами напряже:ний, работающих при циклических знакопостоянных нагрузках с постояннойсоставляющеи, путем их предварительного статического нагружения в облас, 35ти малых пластических деформации,включающий статическое нагружение1 величиной,равйой, 0,7-0,9 от разруша-ющей нагрузки,Способ направлен на повышение устталостной прочности и долговечностидеталей 2 3.Недост ат ком этого способа являетсяснижение упрочняющего эффекта воздействия однократного предварительногостатического нагружения в процессеэксплуатации детали в результатерелаксации остаточных напряжений взоне концентраторов при циклическомнагружении деталей эксплуатационным50спектром нагрузок.Кроме того, неполная разгрузкадеталей (до,0,2-0,МР разр.) послав;приложения упрочняющей нагрузки сужает область применения предложенногов прототипе способа только деталями, находящимися под действием постоянной нагрузки .(например, затянутыеболты и т.д. ).,Однако большинство детаЛей машин в процессе эксплуатации разгружаются полностью из-эа плановых и неплановых остановок (перерывы между применением, сменная работа,профилактические осмотры, ремонты и др. ). Поэтому известный способ для таких деталей не может быть реализован.Целью изобретения является повы" шение долговечности стальных деталей.Поставленная цель достигается тем, что в способе упрочнения сталь" ных деталей с концентраторами напряжений, работаоцих при циклических знакопостоянных нагрузках, включающем приложение в направлении действия рабочим нагрузок упрочняющей нагруз. ки величиной 0,7-0,9 от разрушающей и последующую разгрузку,согласно изобретению, производят периодичес" кое приложение упрочняющей нагрузки и последующую разгрузку до нуля.Периодическое приложение упрочняющей нагрузки осуществляют величиной, равной или большей предыдущей,Периодическое приложение упрочняющей нагрузки производят через время, составляющее 5-20 от долговечности, достигнутой после первого приложения упрочняющей нагрузки.На чертеже схематически изображен предлагаемый способ упрощения.Долговечность, достигнутая после первого приложения упрочняющей нагрузки, принимается за исходную.Предложенный способ может быть ,применен для деталей машин, подвергающихся полной разгрузке из-за плано-"вых и неплановых остановок (перерывы между применением, сменная работа, профилактические осмотры, ремонты и др. ),Способ реализуется следующим об-,разом.8 зависимости от вида нагружения детали в эксплуатации с помощью стандартного иагружающего оборудования производят предварительное нагружение детали упрочняющей нагрузкой величиной, равной 0,7-0,9 от разрушающей нагрузки . В результате этого в зоне концентраторов происходит локальное пластическое деформирование материала и создаются после снятия нагрузки до нуля благоприятные остаточные напряжения, При дальнейшем циклическом нагружении детали эксплуатационным спектром нагрузок величина остаточных напряжений посФ 3 40399 тепенно снижается в результате циклйческой релаксации, что приводит к снижению упрочняющего эффекта предварительной перегрузки .С целью повышения выносливости Де- тали для поддержанияостаточных нап-, ряжений на постоянном уровне произво-. дят периодическое приложение упрочня-, ющей нагрузки к детали через время, составляющее 5-20 от исходной дол- - 1 О говечности, а ее величину выбирают из условия, что каждая последующая нагрузка должна быть равна или больаа предыдущей.Периодичность приложения упрочня ющей нагрузки определяются результата.- ми испытаний деталей с различными кон." центраторами напряжений и при различйых видах знакопостоянного циклического,. нагружения и лежит, в пределах 5-20 20 от исходной долговечности.В. случае возникновения в детали в: процессе ее эксплуатации усталостных трещин, происходит разрушение детали, при нагруженйи упрочняющей нагрузкой:25 т.е. детали с трещинами отбраковыва; . ются.П, р и м е р . Детали из стали 30 ХГСНА с пределом прочности 6 В=1700 ИПа, цилиндрической формы с, . ЗО концентраторами напряжений в виде . кольцевых выточек, имеющие теорети-, ческий коэффициент концентрации нап." ряжений с 6 . 2,.5, подвергающиеся в эксплуатации циклическому растяжению,испытывались на циклическое регулярчное .растяжение по отнулеванному цик.лу с постоянной максимальной нагрузкой цикла Р,равной 27,6 кН, Раэру-,1 шающая нагрузка на .растяжение дляданной детали Р =69,0 кН, По резуль-татам испытаний десяти идентичныхдеталей была определена средняя циклическая долговечность деталей й =ср4060 циклов.Детали упрочнялись путем создания однократной предварительной перегрузки растяжением до величиныР"о= 55,3 кН (0,8 Рр ) с последующеййолной разгрузкой до Р=О (по анало-.гии со способом-прототипом ),В результате долговечность деталей составила .10430 циклов, т.е.увеличилась в 2,57 раза , Укаэанная долговечность принята за исходную долговечность й , т.е. йо=10430 циклов,ч еЕ тВЕтаийа500 Интервал, пв циклы 100 10430 50 1000 2500 4,8 Период,Ф0,48 0,96 9,6 100 5470 12730 36400 15650 10430 Относительнаядолго ечность,й =9,369 0,524. 1,22 3,48 0,5 1,0 5-3 ) и при других значенияхУМупрочняющих нагрузок Р:0,7-0 ЭРр)периодичность создания йерегрузокколеблется в пределах С = 5-,20,Оптимальным значением периодичности создания перегрузок в данном примере является С = 0,6 при котором достигнут максимальный упроцняющий эффект й = 3,48, 55Для деталей с другими значениями теоретического коэффициента концентрации напряжений (с 6= Использование данного способапозволило повысить долговечностьдеталей в 2-4,5 раза по сравнению Долговечность,И циклы 3850 Затем детали упрочнялись путем создания многократных периодически пов" торяющихся перегрузок той жек величины Р = 55,3 кН/с различными пери- одами повторения перегрузок С =и-ф, где и - интервал создания 8 ерегрузок; йе- исходная долговечнЬсть деталей (Мо 10430 циклов ).Результаты испытаний приведены в таблице.1039972 Составитель ИС Липгарт Редактор А.Шандор Техред, М.Кузьма, Корректор А. ЗимокосовЗаказ 6820/26 , .Тираж 568 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 с однократным предварительным нагру-жением упрочняющей ыягоузкой. Использование предлагаемого способа не требует разработки каких-ли" бо специальных устройств и позволя 6ет помимо упрочнения отбраковыватьдетали с появившимися в них в процесее зксплюатации усталостнымитрещинами, которые разрушаются в про"цессе воздействия упрочняющей нагрузки