Зависимость предела выносливости образцов с надрезами от глубины упрочненного поверхностного слоя

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.

1. Иванов С. И., Павлов В. Ф. Влияние остаточных напряжений и наклепа на усталостную прочность / Проблемы прочности. 1976. № 5. С. 25 – 27.

2. Павлов В. Ф., Прохоров А. А. Связь остаточных напряжений и предела выносливости при кручении в условиях концентрации напряжений / Проблемы прочности. 1991. № 5. С. 43 – 46.

3. Радченко В. П., Кирпичев В. А., Лунин В. В. Влияние превмодробеструйной обработки и термоэкспозиции на остаточные напряжения и предел выносливости образцов с надрезами из сплавов В95 и Д16Т / Вестник Сам ГТУ. Сер.: физ-мат. науки. 2011. № 3(24). С. 181 – 184.

4. Павлов В. Ф., Вакулюк В. С., Чирков А. В., Сазанов В. П. Прогнозирование предела выносливости поверхностно упрочненных деталей в условиях концентрации напряжений / Вестник УГАТУ. 2011. Т. 15. № 4(44). С. 111 – 115.

5. Павлов В. Ф., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С. Остаточные напряжения и сопротивление усталости упрочненных деталей с концентраторами напряжений. — Самара: Издательство СНЦ РАН, 2012. — 125 с.

6. Кирпичев В. А., Саушкин М. Н., Сазанов В. П., Семенова О. Ю. Остаточные напряжения и сопротивление усталости образцов с V-образным надрезами из стали ВНС 40 / Вестник СГАУ. 2012. № 5(36). Ч. 1. С. 95 – 99.

7. Радченко В. П., Кирпичев В. А., Лунин В. В. Влияние обкатки роликом на остаточные напряжения и сопротивление усталости образцов из стали 40ХН / Вестник СамГТУ. Сер.: техн. науки. 2013. № 1 (37). С. 142 – 150.

8. Вакулюк В. С., Кирпичев В. А., Павлов В. Ф., Сазанов В. П. Прогнозирование предела выносливости поверхностно упрочненных образцов с концентраторами напряжений / Вестник УГАТУ. 2013. Т. 17. № 1(54). С. 45 – 49.

9. Иванов С. И., Григорьева И. В. К определению остаточных напряжений в цилиндре методом снятия части поверхности / Вопросы прочности элементов авиационных конструкций. Вып. 48. — Куйбышев: КуАИ, 1971. С. 179 – 183.

10. Иванов С. И. К определению остаточных напряжений в цилиндре методом колец и полосок / Остаточные напряжения. Вып. 53. — Куйбышев: КуАИ, 1971. С. 32 – 42.

11. Павлов В. Ф., Кирпичев В. А., Иванов В. Б., Семенова О. Ю., Денискина Е. А. Закономерности распределения остаточных напряжений в упрочненных цилиндрических деталях с отверстием различного диаметра / Труды четвертой Всероссийской научной конференции с международным участием. Ч. 1. Математическое моделирование и краевые задачи. — Самара: СамГТУ, 2007. С. 171 – 174.

12. Павлов В. Ф., Кирпичев В. А., Семенова О. Ю., Иванов В. Б. Особенности распределения остаточных напряжений в упрочненных цилиндрических деталях после дробеструйной обработки / Труды пятой Всероссийской научной конференции с международным участием. Ч. 1. Математическое моделирование и краевые задачи. — Самара: СамГТУ, 2008. С. 229 – 232.

13. Иванов С. И., Шатунов М. П., Павлов В. Ф. Влияние остаточных напряжений на выносливость образцов с надрезом / Вопросы прочности элементов авиационных конструкций. Вып. 1. — Куйбышев: КуАИ, 1974. С. 88 – 95.

14. Филатов Э. Я., Павловский В. Э. Универсальный комплекс машин для испытания материалов и конструкций на усталость. — Киев: Наукова Думка, 1985. — 92 с.

15. Павлов В. Ф. О связи остаточных напряжений и предела выносливости при изгибе в условиях концентрации напряжений / Изв. вузов. Машиностроение. 1986. № 8. С. 29 – 32.

16. Кирпичев В. А., Филатов А. П., Каранаева О. В., Чирков А. В., Семенова О. Ю. Прогнозирование предела выносливости поверхностно упрочненных деталей при различной степени концентрации напряжений / Труды МНТК «Прочность материалов и элементов конструкций». — Киев: ИПП им. Г. С. Писаренко НАН Украины, 2011. С. 678 – 685.