ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТОК ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЮ ТРЕЩИНЫ В КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ

Короткий зміст

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету роботи та основні напрямки її досягнення, сформульовано наукову новизну та практичну значимість отриманих результатів.

У першому розділі представлено результати огляду літературних джерел за темою дисертації. Описано існуючі експериментальні методики і наукові підходи щодо підвищення конструкційної міцності матеріалу під впливом попередньої термомеханічної обробки та їх теоретичні обґрунтування. Показано, що по даній проблематиці виконано значну кількість дослідницьких проектів та наукових робіт вітчизняних та зарубіжних вчених, таких як В.В. Покровський, П.В. Ясній, G.G. Chell, D.A. Curry , D.J. Smith, K. Wallin та ін. Проведено аналіз літературних даних щодо різних способів реалізації попередньої термомеханічної обробки та чинників, які впливають на підвищення опору руйнуванню.

Окреслено етапи розвитку та стан наукових досліджень стосовно впливу імпульсного електричного струму (ІЕС) високої густини та імпульсного магнітного поля (ІМП) на поведінку металевих матеріалів, релаксацію механічних напружень тощо. Таким дослідженням присвячені праці вчених А.І. Бабуцького, Ю.В. Баранова, Ю.І. Головіна, В.Є. Громова, К.М. Климова, І.І. Новікова, Л.С. Новогрудського, Г.В. Степанова, В.О. Стрижало, О.А. Троїцького, В.М. Фінкеля, H. Conrad, F. Gallo, T.J.C. Liu, K. Ravi-Chandar та ін.

Наведено аналіз факторів, які супроводжують протікання ІЕС через металевий матеріал. Представлено основні експериментальні методики, що використовуються для дослідження впливу ІЕС та ІМП на релаксацію напружень. Розглянуто основні існуючі моделі, описи механізму електро- та магнітопластичного ефектів та релаксації напружень.

Зроблено висновок, що на даний момент у науково-технічній літературі представлена велика кількість результатів позитивного впливу на підвищення опору руйнуванню попередньої термомеханічної обробки у вигляді статичного перевантаження та теплової дії електромагнітного поля, але відсутні дані щодо використання нестаціонарної термомеханічної обробки та нетермічної дії електромагнітного поля. На підставі вищевикладеного, були сформульовані мета і задачі дисертаційної роботи.

У другому розділі описано експериментальні методики та обладнання, які використовувались для проведення досліджень впливу нестаціонарних процесів на підвищення опору поширенню тріщин в конструкційній сталі на прикладі сталі 45. У відповідності з постановкою задачі в роботі розглянуто два типи нестаціонарної обробки матеріалу – термомеханічна обробка (ТМО) і обробка ІМП.

Нестаціонарна термомеханічна обробка. Розроблено методику підготовки кільцевого зразка з двома діаметрально протилежними внутрішніми надрізами, а саме, наведено принцип вирощування двох тріщин втоми від надрізів та контролю їх довжини, для чого використовувалась резонансна машина Rumul (Швейцарія). Паралельний контроль за параметрами обох тріщин проводився за допомогою двоканального модулю Fractomat (Швейцарія), який функціонує за принципом вимірювання непрямого електричного потенціалу.

Розроблено методики та нагрівальний стенд, що використовувались для дослідження впливу нестаціонарної ТМО циліндричної конструкції на опір поширенню тріщин. При вирішенні задачі, в якості моделі циліндричної конструкції з тріщиною, було використано кільцевий зразок з двома внутрішніми діаметрально протилежними надрізами (рис. 1а). З метою моделювання реальних тріщин, що розвиваються у конструкціях під час експлуатації, з надрізів на зразку було вирощено початкові тріщини втоми.

Суть запропонованої методики нестаціонарної ТМО полягає в одночасному швидкому нагріванні зовнішньої поверхні та охолодженні внутрішньої поверхні зразка, внаслідок чого на початковій стадії обробки формується температурний перепад між зазначеними поверхнями. В результаті дії температурного перепаду та завдяки геометричній формі зразка (кільце), в процесі ТМО в околі вершин тріщин втоми формується зона пружно-пластичного деформованого стану з розтягом, а після його охолодження до нормальної температури – зона залишкових напружень стиску.

Для дослідження впливу ТМО був розроблений нагрівальний стенд, який складався з печі (температура нагріву до 1100 ⁰С) з вертикальним положенням робочого простору (діаметр 120 мм, висота 300 мм), модуля для обробки зразка, багатоканального блоку вимірювання температури та повітряного компресора.