Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Разработка методов ультразвуковой диагностики и электроимпульсного подавления усталостного разрушения сталей

Диссертация: Разработка методов ультразвуковой диагностики и электроимпульсного подавления усталостного разрушения сталей
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Полученные в работе результаты открывают возможность существенного повышения надежности деталей машин и увеличения их ресурса. Установление резкого снижения скорости распространения ультразвука как информативного фактора обеспечивает эксплуатацию машин и механизмов по состоянию. С другой стороны электрическое воздействие на материал с накопленными дефектами позволяет восстановить ресурс деталей… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Усталость металлов и сплавов и механизмы электростимули-рованной модификации их структуры
    • 1. 1. Усталостное разрушение. Диагностика усталости
    • 1. 2. Общее представление о механизмах электропластичности
    • 1. 3. Структуроизменение в сплавах, обработанных мощными электрическими импульсами
    • 1. 4. О залечивании трещин в металлах при воздействии электрических токовых импульсов
    • 1. 5. Постановка задачи исследования
  • 2. Методики исследования и выбор материалов
    • 2. 1. Методика усталостных испытаний
    • 2. 2. Ультразвуковая методика контроля накопления усталостных повреждений
    • 2. 3. Металлографические и структурные методы исследования
    • 2. 4. Выбор материалов для исследований
  • 3. Электростимулированное повышение усталостной прочности
    • 3. 1. Ультразвуковой контроль накопления усталостных повреждений
    • 3. 2. Природа изменения СУЗ при усталости
    • 3. 3. Экспериментальные данные о росте усталостной прочности за счет электрической обработки
    • 3. 4. Структурные механизмы возрастания усталостной прочности
  • 4. Залечивание усталостных микротрещин при электрическом воздействии
    • 4. 1. Микроструктурные и дюрометрические исследования
    • 4. 2. Растровая электронная микроскопия поврежденных зон
    • 4. 3. О природе эффекта восстановления усталостной прочности
  • 5. Электрическая стимуляция тонких изменений в структуре термически обработанной стали
    • 5. 1. Процессы отпуска стали при электрической обработке
    • 5. 2. Зернограничный эффект электрической стимуляции
  • 6. Анализ показателей надежности при восстановлении ресурса деталей, работающих в условиях усталостного нагружения
    • 6. 1. Усталостное разрушение и и — образная кривая отказов
    • 6. 2. Модель развития отказов при усталостном нагружении
  • Заключение и основные
  • выводы

Разработка методов ультразвуковой диагностики и электроимпульсного подавления усталостного разрушения сталей (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Проблема усталостного разрушения металлов и сплавов остается актуальной до настоящего времени, несмотря на многолетнюю историю исследований. Значительный экспериментальный материал, накопленный к настоящему времени [1−3], в большей степени подчеркивает ее сложность, чем указывает пути решения. Существует достаточно много неясностей как в объяснении природы повреждаемости [3] при усталостном нагружении, так и при диагностировании усталости [4, 5]. Работы последних лет [6] указывают на сложную природу явления усталости, связанную с самоорганизацией, накоплением и взаимодействием решеточных дефектов в процессе усталостного нагружения.

Сказанное определяет актуальность выполненной работы. Действительно, следует считать, что наиболее часто встречающимся видом нагружения при эксплуатации конструкций, машин и механизмов является циклическое (знакопеременное или более сложное) нагружение, при котором развиваются усталостные явления. Оно характерно для авиационной и ракетной техники, двигателестрое-ния разного типа, транспорта и других отраслей техники. Особую роль играет усталостное нагружение при эксплуатации железнодорожного транспорта. Как подвижный состав (бандажи колес, оси, несущие элементы локомотивов и вагонов и т. п.), так и элементы пути (в первую очередь рельсы [7, 8]) подвержены знакопеременному нагружению, причем амплитуда прикладываемой нагрузки достигает критических значений. Ситуация осложняется тем обстоятельством, что железнодорожный трансорт эксплуатируется при большом перепаде температур окружающей среды, который в условиях Сибири может колебаться от -40 до +40 С0. Неожиданное в большинстве случаев наступление заключительной стадии усталостного разрушения (хрупкий долом) может приводить в таких случаях к катастрофическим последствиям с трудно прогнозируемыми тяжелыми последствиями. Для диагностики усталостного разрушения используются различные методики. В частности, определенные перспективы имеет методика, основанная на измерении малых изменений скорости распространения ультразвука [9]. Помимо надежного определения приближения усталостного разрушения желательной является возможность восстановления ресурса деталей за счет каких-либо внешних воздействий. Большие возможности в этом отношении представляет применение электроимпульсной обработки [10], способствующей релаксации напряжений и залечиванию трещин [11].

На основе сформулированных выше положений определена общая задача исследования: разработать методику подавления усталостных микротрещин с помощью обработки усталостно поврежденного материала импульсами электрического тока большой амплитуды. При этом необходимо достижение следующих частных целей выполняемого исследования:

1 .Разработать способ простого и надежного определения начала критической стадии развития усталостного разрушения, применимый для индивидуальных изделий.

2.Предложить методику восстановления ресурса деталей с помощью специального вида обработки, применимую для достаточно широкого класса практически важных конструкционных материалов.

3.Для повышения надежности и глубины понимания получаемых результатов провести металловедческую проработку проблемы усталостного нагружения и природы восстановления ресурса деталей при такой обработке.

Новизна полученных в работе результатов определяется тем обстоятельством, что в отличие от традиционных подходов все полученные результаты по диагностике и восстановлению ресурса относятся к индивидуальным изделиям, подвергаемым усталостному воздействию. Анализ их состояния не требует привлечения статистических понятий, обычных для традиционного подхода к проблеме усталостного разрушения и затрудняющих точное определение состояния реального изделия. Это порождает принципиально новый подход к прогнозированию ресурса ответственных изделий и позволяет повысить надежность современной техники.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Акустический критерий для выявления опасной стадии усталостного разрушения по уменьшению скорости распространения ультразвука.

2. Способ подавления усталостного разрушения и частичного восстановления ресурса деталей с помощью обработки импульсами электрического тока большой амплитуды.

Научная и практическая значимость выполненных в диссертационной работе исследований определяется тем, что предложен методически простой и надежный способ определения наступления критической стадии эксплуатации индивидуального изделия и доказана принципиальная возможность частичного восстановления ресурса такого изделия путем его электроимпульсной обработки. Подобные методики могут быть использованы при диагностике состояния ответственной техники в различных промышленных отраслях. Они не требуют специального дорогостоящего оборудования, достаточно надежны и могут применяться практически в любых условиях.

Заключение

и основные выводы.

Полученные в работе результаты открывают возможность существенного повышения надежности деталей машин и увеличения их ресурса. Установление резкого снижения скорости распространения ультразвука как информативного фактора обеспечивает эксплуатацию машин и механизмов по состоянию [102]. С другой стороны электрическое воздействие на материал с накопленными дефектами позволяет восстановить ресурс деталей и увеличить его по сравнению с необработанным состоянием на 15.20% [76, 112, 113]. Эти возможности кажутся особенно перспективными для ответственной технике, где недопустимы отказы отдельных деталей и где для обеспечения надлежащего уровня надежности приходится существенно увеличивать несущую возможность детали, увеличивая ее габариты, или прибегать к многократному резервированию [101], что также удорожает изделие.

В работе показано, что возрастание усталостной прочности при обработке стали электрическими импульсами связано с по крайней мере тремя механизмами, из которых наиболее эффективным является модификация металла вблизи микротрещин усталостного происхождения. Сложная комплексная природа эффекта позволяет оптимальным образом выбирать режимы электрического воздействия за счет варьирования уровня парциального вклада каждой из составляющих эффекта.

Обобщая результаты работы, можно сделать следующие основные выводы:

1. Доказана применимость методики измерения скорости распространения ультразвука для обнаружения критической стадии усталостного разрушения. Наступление критической стадии обнаруживается по началу резкого снижения скорости распространения ультразвука после длительного этапа постоянства или медленного падения скорости ультразвука.

2. Предложен способ предотвращения усталостного разрушения путем обработки деталей, вступивших в третью стадию разрушения, электрическими токовыми импульсами большой амплитуды. Такая обработка сопровождается возрастанием ресурса на 15.20%.

3. Показано, что восстанавливающее ресурс действие электрических импульсов определяется перекристаллизацией материала вблизи микродефектов типа усталостных микротрещин и релаксацией внутренних напряжений 1-го и 2-го родов (макрои микро).

4. Проанализирован и оценен, как малый, вклад в общий эффект таких механизмов, как дополнительный отпуск закаленной стали или изменение состояния границ зерен при электрической обработке усталостно нагруженных образцов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. А.Д. Ползучесть и усталость в металлах. М.: Металлургия, 1965.312 с.
  2. B.C., Терентьев В. Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия, 1975. 455 с.
  3. Р. Диагностика повреждений. М.: Мир, 1989. 516 с.
  4. И., Крауткремер Г. Ультразвуковой контроль материалов. М.: Металлургия, 1991. 752 с.
  5. B.C., Баланкин A.C., Бунин И. Ж., Оксогоев A.A. Синергетика и фракталы в материаловедении. М.: Наука, 1994. 383 с.
  6. П.И., Грдина Ю. В., Зарвин Е. Я. Прокатка и термическая обработка рельсов. М.: Металлургия, 1964. 510 с.
  7. В.В., Великанов A.B. Основы технологии производства железнодорожных рельсов. М.: Металлургия, 1980. 318 с.
  8. В.В., Зуев Л. Б., Комаров К. Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука, 1996. 184 с. Ю. Спицин В. И., Троицкий O.A. Электропластическая деформация металлов. М.: Наука, 1985. 187 с.
  9. П.Громов В. Е., Зуев Л. Б., Козлов Э. В., Целлермаер В .Я. Электро-стимулированная пластичность металлов и сплавов. M.: Недра, 1996. 293 с.
  10. Испытания металлов. М.: Металлургия, 1967. 452 с.
  11. Мак Лин Д. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1965.432 с.
  12. А. А. Явления разрушения и течения в твердых телах. МиТОМ, 1965. № 1. С.9−14. (Перевод статьи, опубликованной в Phil. Trans. Roy. Soc. 1920. A221. P.193−198).
  13. Д., Бэкофен В. Разрушение твердых тел. М.: Металлургия, 1967. С.146−190.
  14. Т. Физика прочности и пластичности. М.: Металлургия, 1972. С.285−294.
  15. Вуд В. А. Атомный механизм разрушения. М.: Металлургиздат, 1963. С.413−437.
  16. Р. Пластическая деформация металлов. М.: Мир, 1972. 408 с.
  17. Л.А., Тэхт В. П. Некоторые проблемы прочности твердого тела. Л.: Изд-во АН СССР, 1959. С.246−255.
  18. .Б. Масштабный фактор и статистическая природа прочности металлов. М.: Металлургиздат, 1963. 120 с.
  19. М. Разрушение. Т. 3. М.: Мир, 1976. С.473−527.
  20. Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел. М.: Металлургия, 1971. 264 с.
  21. В.М. Физика разрушения. М.: Металлургия, 1970. 344 с.
  22. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов. Т.1. Новосибирск: Наука, 1995. 298 с.
  23. Пайтген Х.-О., Рихтер П. Х. Красота фракталов. М.: Мир, 1993. 174 с.
  24. Zhou X.Y., Chen D" Ке W., Zang Q.S., Wang Z.G. Fractal characteristics of pitting under cyclic loading. Mater. Letters. 1989. V. 7. No 12. P.473−476.
  25. Технические средства диагностики. Справочник. M.: Машиностроение, 1989. 672 с.
  26. Баш В. Я. Исследование напряжений и деформаций термоэлектрическим методом. Киев: Наукова думка, 1984. 100 с.
  27. И.М. Физические основы надежности. Д.: Энергия, 1970. 152 с.
  28. Роль дислокаций в упрочнении и разрушении металлов. М.: Наука, 1965. 180 с.
  29. Л.И., Батаев A.A., Тихомирова Л. Б. Структура перлита и конструктивная прочность стали. Новосибирск: Наука, 1993.28 с.
  30. O.A., Лихтман В. И. Об анизотропии действия электронного и у-облучения на процесс деформации монокристаллов цинка в хрупком состоянии. ДАН СССР. 1963. Т. 148. № 2. С.332−334.
  31. Conrad H., Sprecher A.F. Dislocations in Solids. Elsevir Sei. Publ. 1989. P.499−539.
  32. Л.Б., Громов B.E., Курилов В. Ф., Гуревич Л. И. Подвижность дислокаций в монокристаллах цинка при действии импульсов тока. ДАН СССР. 1978. Т.239. № 1. С.84−87.
  33. Ю.И., Гегузин Я. Е., Клинчук Ю. И. Экспериментальное обнаружение увлечения дислокаций электронным ветром в металлах. Письма в ЖЭТФ. 1979. Т.30. № 3. С.168−172.
  34. В.И., Троицкий O.A. Моделирование теплового и пинч-действия импульсного тока на пластическую деформацию металла. ДАН СССР. 1975. Т.220. № 5. С.1070−1073.
  35. K.M., Новиков И. И. Действие импульсов электрического тока на процесс растяжения тонких металлических проволок. Металлы. 1983. № 3. С.155−158.
  36. В .Я. Воздействие направленного потока электронов на движущиеся дислокации. ЖЭТФ. 1966. Т.51. № 6. С.1677−1688.
  37. М.И., Кравченко В. Я., Нацик В. Д. Электронное торможение дислокаций в металлах. УФН. 1973. Т.111. № 4. С.655−682.
  38. В.Б. О взаимодействии электронов проводимости с одиночными дислокациями в металлах. ЖЭТФ. 1981. Т.80. № 6. С.2313−2316.
  39. И.Л., Рощупкин A.M. О влиянии электрического тока и магнитного поля на взаимодействие дислокаций с точечными дефектами в металлах. ФТТ. 1988. Т.ЗО. № 11. С. ЗЗ 11−3318.
  40. K.M., Мордухович A.M., Глезер A.M., Молотилов Б. В. О прокатке труднодеформируемых железокобальтовых сплавов с применением электрического тока высокой плотности. Металлы. 1981. № 6. С.69−72.
  41. В.Е., Целлермаер В. Я., Базайкин В. И. Электростимулиро-ванное волочение: структура и анализ. М.: Недра, 1996. 160 с.
  42. В.Е., Зуев Л. Б., Базайкин В. И., Целлермаер В. Я. Закономерности электростимулированной пластической деформации металлов и сплавов на разных структурных уровнях. Известия Вузов. Физика. 1996. № 3. С.66−96.
  43. В.Е., Гуревич Л. И., Курилов В. Ф. Влияние импульсов электрического тока на подвижность и размножение дислокаций в монокристаллах Zn. Проблемы прочности. 1989. № 10. С.48−53.
  44. Ю.В., Тришкина Л. И., Козлов Э. В. Влияние электрического поля на механические свойства и дислокационную структуру поликристаллического никеля. Пробл. машиностроения и надежности машин. 1992. № 5. С.67−74.
  45. Т.В., Громов В. Е., Кузнецов В. А. Об изменении текстуры при электростимулированном волочении. Известия Вузов. Черн. Металл. 1989. № 2. С.81−84.
  46. В.Е., Кузнецов В. А., Ерилова Т. А. Структура проволоки после электростмулированного волочения. Сталь. 1989. № 8. С.87−98.
  47. В.Е., Данилов В. И., Целлермаер В. Я., Сизова О. В., Зуев Л. Б. Структура и свойства проволоки из стали 08Г2С после электро-стимулированного волочения. ФММ. 1992. № 3. С.129−135
  48. В.М. Физические основы торможения разрушения. М.: Металлургия, 1977. 359 с.
  49. В.М., Головин Ю. И., Слетков A.A. О возможности торможения быстрых трещин импульсами тока. ДАН СССР. 1976. Т.227. № 4. С.848−851.
  50. В.М., Головин Ю. И., Слетков A.A. Разрушение вершины трещины сильным электромагнитным полем. ДАН СССР. 1977. Т.237. № 2. С.325−327.
  51. Ю.И., Финкель В. М., Слетков A.A. Образование кратера в вершине трещины под действием мощного локального электромагнитного поля. ФизХОМ. 1997. № 3. С.18−21.
  52. Ю.И., Финкель В. М., Слетков A.A., Шибков A.A. Динамика разрушения материала в вершине трещины под действием сильного электромагнитного поля. ФизХОМ. 1978. № 2. С.40−42.
  53. Ю.И., Киперман В. А. Концентрация электрического и теплового полей в вершине острых дефектов в металле. ФизХОМ. 1980. № 4. С.26−30.
  54. В.Т., Головин Ю. И., Иванов В. М. Влияние электрического тока на прочность стальных пластин с концентраторами напряжений. Проблемы прочности. 1984. № 2. С.92−95.
  55. Взрывающиеся проволочки. М.: ИИЛ, 1963. 341 с.
  56. Электрический взрыв проводников. М.: Мир, 1965. 360 с.
  57. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. М.: Изд-во «Советская энциклопедия», 1979. 400 с.
  58. В.Е., Скаков Ю. А., Кример Б. И. Лаборатория металлографии. М.: Металлургия, 1965. 439 с.
  59. Р., Ашби К. Современная металлография. М.: Атомиз-дат, 1970. 208 с.
  60. В.М., Вигдорович В. Н. Микротвердость металлов. М.: Металлургиздат, 1962. 224 с.
  61. Я.С. Рентгенография металлов. М.: Металлургиздат, 1960. 448 с.
  62. Рентгенография в физическом металловедении. М.: Металлург-издат, 1961. 368 с.
  63. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. В 2-х томах. М.: Мир, 1984. Т.1 303 с. Т.2. 291 с.
  64. Фрактография и атлас фрактограмм. Справочник. М.: Металлургия, 1982. 489 с.
  65. Е.В., Чиракадзе Д. З., Целлермаер В. Я., Громов В. Е., Со-снин О.В. Электростимулированное восстановление долговечности сварных соединений: эксперимент и модель. Известия Вузов. Черн. металл. 1997. № 6. С.48−51.
  66. В.Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974. 560 с.
  67. Г. В., Бабуцкий А. И. Влияние импульсного тока высокой плотности на усталостную долговечность стального образца с концентратором. Проблемы прочности. 1995. № 5−6. С.74−78.
  68. А.К. Техника статистических вычислений. М.: Физматгиз, 1961. 469 с.
  69. Т., Ивасимицу Ю. Нелинейная динамическая теория упругости. М.: Мир, 1979. С.153−170.
  70. В.Д. Наросты при резании и трении. М.: ГИТТЛ, 1956. 284 с.
  71. Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера. М.: Изд-во МГУ, 1975. 383 с.
  72. А.П. Металловедение. М.: Оборонгиз, 1963. 464с.
  73. В. Дж. Зонная плавка. М.: Металлургиздат, 1960. 272 с.
  74. О. Диаграммы состояния двойных систем на основе железа. Справочник. М.: Металлургия, 1985. 183 с.
  75. Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964.487 с. 89.3айт В. Диффузия в металлах. М.: ИИЛ, 1958. 381 с.
  76. Я.И. Введение в теорию металлов. М.: ГИФМЛ, 1958. 368 с.
  77. М.Е. Фазовые превращения при термической обработке стали. М.: Металлургиздат, 1962. 268 с.
  78. .А., Христиан Д. В. Фазовые превращения в стали. М.: Металлургиздат, 1961. С.7−71.
  79. B.C. Внутреннее трение в металлах. М.: Металлургия, 1969. 330 с.
  80. Л.Б., Соснин О. В., Поляков В. В., Громов В. Е. Электропластический эффект и внутреннее трение в стали 08Г2С. Металлофизика и новейшие технологии. 1998. Т.20. № 1. С.69−71
  81. В.В., Алексеев А. Н. Применение метода внутреннего трения к измерению теплофизических характеристик пористых металлов. Сибирский физ.-техн. ж-л. 1993. № 4. С.35−37.
  82. P.C., Постников B.C. Релаксационные явления в металлах и сплавах. М.: Металлургиздат, 1960. С.199−221.
  83. М.Л., Тихомирова Е. С. Релаксационные явления в металлах и сплавах. М.: Металлургиздат, 1960. С.279−288.
  84. Ке T.S. Inelastic properties of the iron. Trans. AIME. 1948. V.176. P.448−455.
  85. Rouais J.C., Lormand G., Eyraud C. Deplacement des joints de grains d’un metal sous l’effect d’un champ electique. Bull. Soc. Franc. Ceramique. 1963. No.80. P.53−59.
  86. ЮО.Глейтер Г., Чалмерс Б. Болыиеугловые границы зерен. М.: Мир, 1975.375 с.
  87. С.Д., Дехтяр И. Я. Диффузия в металлах и сплавах в твердой фазе. М.: Физматгиз, 1960. 564 с.
  88. Д.Н., Иванов A.C., Фадеев В. З. Надежность машин. М.: Высшая школа, 1988. 238 с.
  89. ЮЗ.Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем. М.: Мир, 1984. 318 с.
  90. Н. Надежность: теория и практика. М.:Мир, 1965.373с.
  91. В.И., Котляр Б. Д., Лебединец-Стеценко Л.Л. Физика отказов. Материалы 3-го Всесоюзного совещания. Москва-Суздаль, 1984. С. 166.
  92. Юб.Громов В. Е., Чиракадзе Д. З., Семакин Е. В., Соснин О. В., Целлермаер В. Я. Электростимулированное восстановление ресурса выносливости сварных соединений. Известия РАН. Серия физическая. 1997. № 5. С.1019−1023.
  93. И.С., Семакин Е. В. Физическая (энергетическая) модель надежности элементов систем автоматики. М. -.Знание, 1972.73 с.
  94. Ю8.Муравьев В. В., Степанова Л. Н., Слайковская В. А. Основы метрологии, неразрушающего контроля и сертификации. Новосибирск: СибГАПС, 1997. 110 с.
  95. Статистические методы в экспериментальной физике. М.: Атомиздат, 1976. 335 с.
  96. ПО.Уэствуд А., Пиккенс Дж. Атомистика разрушения. М.: Мир, 1987. С.7−34.
  97. Johnson W. Introduction to crashworthiness. Int. J. of Crashworthi-ness. 1996. V.l. Nol.P.7−10.
  98. Ю.Ф., Громов B.E., Козлов Э. В., Соснин O.B. Эволюция каналов локализованной деформации в процессе электростмулированного волочения низкоуглеродистой стали. Известия Вузов. Черная металлургия. 1997. № 6. С.42−45.
  99. ПЗ.Петрунин В. А., Чиракадзе Д. З., Целлермаер В. Я., Громов В. Е. Соснин О.В. Синергетика электростмулированного усталостного разрушения. Известия Вузов. Черная металлургия. 1997.№ 6.С.46−48.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?