Способ снижения уровня остаточных напряжений в материале

( 9 т 3 О АВ раций, рас напряжени жения, т. е величиной с ми нэгруж снижения н мый режим нижения ов нагрузь между режима- величине еобходиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗО СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт проблем прочности АН УССР и Киевский центр научно-технического творчества молодежи Прогресс"(5 б) Бороздина А, М., Герцов Л. Б. Релаксация напряжений в металлах и сплавах. - М.: Металлургия, 1978, с. 256,Дегтярев В. А, и др. Влияние циклической ползучести на остаточные сварные напряжения, - . Проблемы прочности, 1988, В 3, с, 2 б.(54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ОСТАТОЧНЫХНАПРЯЖЕНИЙ В МАТЕРИАЛЕ Изобретение относится к механическимиспытаниям материалов и конструкций иможет быть использовано при испытаниина: релаксацию напряжений, а также для выбора режимов вибрационной обработки, имеющей целью снижение уровня остаточныхнапряжений в конструкциях и в образцах,предназначенных для механических испы-.таний,Известен способ выбора режимов нагружения при испытаниях на релаксацию,основанный на использовании техническихтеорий ползучести, включающий.операцииопределения диаграммы растяжения материала, модуля его упругости и скоростиползучести в зависимости от времени, Используя уравнения теорий полэучести (упрочнения, течения, старения) и данные,полученные при проведении указанных опе(57) Изобретение относится к испытаниям на усталость. Предварительно изготавливают образец из исследуемого элемента конструкции или исследуемого материала, определяют диаграмму деформирования, по ней находят величину остаточной деформации при напряжении, равйом величине потребного снижения остаточного напряжения Лй Определяютзависимость предела циклической полэучести от среднего напряжения цикла Ъ, а параметры циклического нагружения находят из соотноше- ЙИЙ %п= ттост тТ= тТц,п, (т;тост ) ф ЛГт, ГДЕ сост - остаточное найряжение в материале; о - максимальное напряжение цикла; стч.- предел циклической ползучести; о 0 ситн = =Оос 1 Лу, 1 э, и, ф-лы, 4 ил,. 1 табл,считывают величиныя для каждогоиз режим. получают езаимосвянижения напряжения иения, и по заданнойапряжения выбирают н нагружения. нный способ является недом, посколькутеории полэучех базируется способ, даже функции нестабильности маю делают зависимой от числа ния.или при использовании ктурным параметром, моди- введением функции циклыильности, демонстрируют тельное соответствие зкспеОднако да статочно точны сти, на которы при введении териала, котору циклов нагруже теорий со стру фицированных ческой нестаб неудовлетвори риме нту,Наиболее близкймк предлагаемому по мальным напряжениям, при которых на дантехйической сущности и достигаемому ре- ной базе испытаний в результате цикличезультату является способ сниженияоста- ской ползучести возникает остаточнаяточных напряжений в материале, деформация, равная той, которая обеспечизаключающийся в том, что производят цик вает снижение остаточных напряжений налическое нагружейие при значении макси- заранее заданную величину, Прикладываемальйбгбнэйряжения цикла,определяемом мую к конструкции начальную нагрузку выбирают такой, чтобы сумма максимальногоостаточного напряжения растяжения и насгцпа+ аостой, (1) 10 пряжения от этой нагрузки была не меньшепредела циклической ползучести (чтогде - максимальное напряжение цикла; . обуславливает протекание процесса цик - (йтаЪочйое напряжение в матери- лической полэучести. приводящего к уменьале; шению остаточных напряжений), но нестц,п - предел циклической ползучести; 15 больше предела выносливости,За счет того, что сумма остаточного наНедостаток известного способа заклю- пряжения и напрякения от вибрационнойчается в невозможности снижения остаточ- нагрузки в предлагаемом способе не меньных напряжений нэ заранее заданную ше предела циклической ползучести, но невеличину, 20 превосходит предела выносливости, дости-4Цель изобретения - повышение точно- гается эффективное снижение остаточногости задания величины снижения. остаточно- напряжения, а также предотвращается усго напряжения. талостное повреждение конструкции отПоставленная цель достигается тем, что . вибрационной нагрузки.согласно способу снижения уровня остаточ С целью сохранения усталостной процных напряжений материал конструкции ности в случае, когда сумма остаточногоподвергают циклическому нэгружению при напряжения стост и напряжения от вибрациэначениимаксимального напряжения цик- онной нагрузки превосходит предельноела, определяемом из соотношения (1). Со- напряжение цйкла, осуществляютступенчагласно способустатически нагружают 30 тоенагрукение,а величинутребуемогоснидойолнительный образец материала и нэхо- жения напряжения Ло разбивают надят величину остаточной деформации при . ступени так, что максимальное напряжение-напряжении, равном величине потребного режима виброобрэботки для каждой. из стуснижения остаточного напряжения Ьо; пеней не превышает предельного нэпряжедля которой определяютзависимость пре ния цикла, а вибрационное нагружениедела циклической ползучести от среднего проводят в несколько последовательныхнапряжения цикла сгп, а параметры цикли- ступеней,ческого нагружения определяют из соотно- На Фиг. 1 показана схема назначения. шений неповреждающих режимов вибрационного40 нагружения; на фиг, 2 - схема определенияд д гт= гт (о мин) + Ьо (2) остаточной деФормации и соответствующего ей значения остаточного напряжения; нагде опт = до - Лд. Фиг. 3 - пример реализации способа сниастягивающегоКрометого,когдэсуммаисходнойвели- жения статического ра щчины остаточного напряжения и требуемого "5 нап ряженйя в титэновом сплаве при односту-.напряжения ви рационной нб ионной нагрузки пре- пенчатом вибрэционном нагружении; на фиг,восходит предельное и пряэпряжение цикла, 4 - то же, по схеме двухступенчатого режициклическое нэгружение производят сту- ма вибрэционного нагружения.пенчато. Иа каждой ступени, начиная со. ступени начиная. со Предлагаемый способ осуществляютвто ой, параметры цикла нагружения опре следующим образом.делают из условия равенства начального Предварительно определяют диаграмзначения остаточного напряжения данной му предельны н рступени и конечного значения остаточногоо з ачения остаточного 1 соответствует пределам выносливости инапряжения предшествующей ступени.вующей с-упени, ограничивается пределом длительной прочредлэгаемым спосо ности ад на заданной базе испытаний иВ соответствию с предлагаемым способ таопределяютдляконст- пределомвыносливостиприсимметричномбом предварительна опредрукции диаграмму редельны нгредельных напряжений цикле о-. Линия 2 соответствует пределамцикла с участком, соот том, соответствующим преде- ползучести материала конструкцйи и огралам циклической ползучест ,З пол учести, т. е. макси- ничиваетсяпределомползучести оиминимальным пределом циклической ползучеСтИ Омцп, ПрЕдаарИтЕЛЬНО НаХОдят ЭПЮру остаточных напряжений и определяютмаксимальное остаточное напряжение растЯжениЯ (ОН) Оост (т. А), ГеометРическимместом точек, соответствующих значениямостаточных напряжений растяжения, является прямая, проведенная из начала координат под углом 45 о,Задаются конечные величины остаточНОГО НаПРЯжЕНИЯ омии 1(т. А 1), КОТОРОЕ НЕОбХОДИМО ПОЛУЧИТЬ. ЗНаЧЕНИЕ СГмии 1выбирают из различных соображений; од ним из условий его выбора может служитьусловие поСтоянства геометрической формы изделия. Это условие выполняется в томСЛУЧаЕ, КОГДа ВЕЛИЧИНа Стмии 1 СООтВЕтСтВУет напряжению, при котором накоплениеостаточной деформации не происходит,Епл=ОТаким образом, величина снижения остаточных напряжений, определяется как.Ь 01 = Оост " Умин 1.Методика определения величины остаточной деформации и соответствующего ейзначения остаточного напряжения приведена на фиг, 2, Если остановить проЦесс нагружения образца, изготовленного изматериала конструкции, в какой-то моментвремени (фиг. 2, т. А на диаграмме деформирования), а затем разгрузить до сг=О, тополучают определенное значение остаточНОй ДЕфОРМаЦИИ Епп 1, ТОЧКа ПЕРЕСЕЧЕНИЯлинии разгрузки с осью ординат определяет величину снижения остаточного напряжения,Ьо 1, соответствующегоОСтатОЧНОй ДЕфОРМаЦИИ Спл 1, АНаЛИЗ ГРафИка (фиг. 2) показывает, что снижение остаточного напряжения можно определить поформуле ЬО 1 = япп 1 Е, где Е - модуль упругости материала. Большее снижение остаточного напряжения ЬО 2 возникает при большейостаточной деформации яплг.Как следует иэ приведенного графика(фиг. 1), для снижения остаточных напряжеНИй Стост На ВЕЛИЧИНУ, НЕ МЕНЕЕ ЧЕМ ЛО 1 Назаданной базе испытаний, достаточно приложить симметричную вибрационную нагрузку с амплитудой напряжений, равнойотрезку АБ,Однако, в том случае, когда требуемаявеличина снижения ОН достаточно велика,например Лщ и не может быть снижена эаодну ступень приложения нагрузки, так какамплитуда напряжений сга, соответствующая отрезку АВ, превышает линию 1 предельных напряжений, снижение остаточныхнапряжений до требуемого уровня можнодостигнуть многоступенчатым нагружением. Сначала уменьшают остаточные напряжЕНИЯ В КОНСТРУКЦИИ ДО Оми 1 таК,КаК Этаописано, а затем вибрационную нагрузкуувеличивают до величины А 1 В 1. Если на 5 чальные ОН меньше среднего напряженияцикла минимального предела циклическойползучести, то для снижения ОН необходймо прикладывать к конструкции асимметричную вибрационную нагрузку, Например,10 ПРИ ОН Оост= Оминэ НаПРЯжЕНИЯ От ВНЕШНЕЙнагрузки равны сЪ=АС, Оа =АБ, В остальном методика снижения ОН остается беэизменений,На фиг, 3 представлен конкретный при 15 мер реализации способа, Линия 1 ограничивает максимальные напряжения цикла покритерию усталостного разрушения и соответствует пределам выносливости, определенным при средних напряжениях цикла20 О,п=675 МПа и 788 МПа на базен 10 цикловнагружейия. Линия 2 соответствует пределам циклической полэучести сплава, определеннымпри заданной величинеостаточной деформации на базе испытаний25 110 циклов, Линия 3 - максимальные на 5пряжения, при которых остаточная деформация спп=0, Так как аост=775 МПа, тоЬО =25 МПа, а при достижении остаточной деформации аппп=-2,35 10 величина30 снижения статических (остаточных) напряжений составляет 25 МПа. Линия 2 (фиг. 3)соответствует предела 1 и циклической ползучести сплава, определенным по величинеостаточйой деформации епп=2,35 10, Восстанавливая перпендикуляр иэ точки А 1 допересечения с линией 2, определяют величину амплитудь 1 напряжений сг,=87,5 МПа,которую нужно прйложить к образцу, таккакотрезок АБ=А 1 Б 1 Находят, что сумма(тост+ Оа=862,5 МПа, в то вРемЯ как пРеделвыносливости при заданном среднем напряжении сЪ=775 МПа равен 863 МПа. Результаты испытания представлены втаблице,Из представленных в таблице результа-.тов видно, что использование разработан- .ной методики позволяет снизить начальноестатическое напряжение на величину, неменее заранее заданной.На фиг, 4 показана схема выбора режимов нагружения, когда требуется снизитьнапряжения Ооот=825 МПа до величины неболее 750 МПа, Чтобы не выйти за границырабочей области, это снижение производятв два этапа. Сначала, использовав линию 2. при Гпл=-4,7 10, снижают статические напряжения на 50 МПа, а затем по схеме,приведенной на фиг, 3, еще на 25 МПа17497 Б 4 Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я деформации при напряжении, равном вели. Способ снижения уровня остаточных чийе конкретного снижения остаточного нанапряженийвматериале,эаключающийсяв пряжения Ьа для которой определяют том, что производят циклическое нагруже- зависимость предела циклической ползучение материала при значении максимально сти от среднего напряжения цикла а, а го напряжения цикла; определяемом иэ параметры циклического нагружения опресоотнойеййя.: деляют из соотноаенийаип(7 муостО й, где о- максимальное напряженйе цйкла; оп - аост; а= ап (аосфф)+ Ьи,аост- остаточное напряжение в матери О где аос -аост - Ьа, зле;: : .: 2. Способ по и. 1, о т л и.ч а ю щ и й с я ацп - предел циклической полэучести; тем, что циклическое нагружение проиэвоов - предел выносливости, .. дят ступенчато, на каждой ступени, начиная о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью со второй, параметры цикла нагружения опповыаения точности задания величины 15 ределяют из условия равенства начального снижения остаточного напряжения, стати- значения остаточного напряжения данной . чески нагружают дополнительный образец ступени и конечного значения остаточного материала и находят величину остаточной напряжения предшествующей ступени.х