Владимир Степанович Вакулюк
г. Самара
Vladimir S. Vakulyuk
Samara
Валентин Карпович Шадрин
г. Самара
Valentin K. Shadrin
Samara
Николай Андреевич Сургутанов
г. Самара
Nikolay A. Surgutanov
Samara
Проведенное исследование показало, что при опережающем поверхностном пластическом деформировании гладких образцов увеличение глубины слоя со сжимающими остаточными напряжениями приводит к повышению предела выносливости образцов с надрезами за счет увеличения сжимающих остаточных напряжений в их опасном сечении. Исследования проводили на образцах диаметрами D, равными 10, 25 мм, а также диаметром D = 25 мм с отверстием d = 15 мм, которые подвергали пневмодробеструйной обработке и обкатке роликом. Остаточные напряжения в гладких образцах определяли механическим методом. На упрочненные гладкие образцы фасонным резцом наносились круговые надрезы радиусом R, равным 0,3 и 0,5 мм. Остаточные напряжения в образцах с надрезами находили численным методом путем расчета перераспределения остаточных напряжений при нанесении надреза. С увеличением диаметра образцов при одной и той же упрочняющей поверхностной обработке глубина слоя со сжимающими остаточными напряжениями возрастает за счет повышения жесткости образцов. Оценку влияния поверхностного упрочнения на предел выносливости образцов с надрезами проводили по критерию среднеинтегральных остаточных напряжений, который учитывает как их величину, так и полноту эпюры остаточных напряжений. Данный критерий вычисляли по глубине нераспространяющейся трещины усталости, которая возникает в поверхностном слое опасного сечения образца при испытании на усталость на пределе выносливости. Испытания на усталость проводили в случае симметричного цикла, база испытаний — 3 · 106 циклов нагружения. Оценка приращения предела выносливости поверхностно-упрочненных цилиндрических образцов с круговыми надрезами полукруглого профиля дала приемлемые для практики результаты. Использование предложенного способа позволит значительно сократить длительные и дорогостоящие испытания на усталость.
It is shown that, growth of the layer with compressive residual stresses at advanced surface plastic deformation of smooth samples leads to an increase in the endurance limit of the notched specimens due to an increase in the compressive residual stresses in their dangerous section. The study was conducted on the specimens with outer diameter D equal to 10 and 25 mm and on a 25 mm specimen with inner diameter d = 15 mm which were subjected to air shot blasting and roll-in. Residual stresses in smooth specimens were determined by the mechanical method. Circular incisions (R = 0.3 and 0.5 mm) were applied on hardened smooth samples with a shaped cutter. Residual stresses in notched specimens were determined by a numerical method calculating the redistribution of the residual stresses upon the incision. As the diameter of the samples increases with the same strengthening surface treatment,
the depth of the layer with the compressive residual stresses increases due to an increase in the rigidity of the samples. The effect of surface hardening on the endurance limit of notched specimens was evaluated according to the criterion of the average integral residual stresses, which takes into account both the magnitude and completeness of the residual stresses. This criterion was calculated from the depth of the non-propagating fatigue crack that occurs in the surface layer in the dangerous section of the specimen during the fatigue test at the limit endurance. Fatigue tests are carried out in symmetrical cycle, the test base being 3 × 106 cycles of loading. Estimation of the increment of the limit endurance of surface-hardened cylindrical specimens with semicircular notches gave the results acceptable for practice. The use of the proposed method can significantly reduce long-term and expensive fatigue tests.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.