Исследование ползучести металлов и элементов комструкций тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

Президиум Дальневосточного отделения АН СССР

На правах рукописи УДК 539.376

Горелов Виктор Иванович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЗУЧЕСТИ МЕТАЛЛОВ ' И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ

(01.02.04. - Механика деформируемого твердого тела)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Владивосток - 1990

. ' <;,: С'

Работа выполнена во Всесоюзном паучно-исслодоватвльскои институте нефтепромысловых труб (ШИЙТнефть) г.Куйбшюва.

:1аучшй консультант - доктор фззико-штематических наук, профессор Г.И.Вшсощев

Официальные оппоненты: доктор фязико-иатематичоских наук,

профессор С.А.Шестериков;

доктор технических наук, профессор Н.Й.Малпшга;

доктор технических наук, профессор В.И.Одикоков,

Бодущая организация: Институт гидродинамики СО АН СССР

Защита состоится " " Г" 1990 р. ¿О час.о^шш.

на заседании специализированного совета Д.002.06.07 при Президиуме Дальневосточного отделения АН СССР по адресу: 690032, г.Владивосток, ул.Радио, .5, ИШ" ДВЭ АН СССР.

С диссертацией мокло ознакомиться в библиотеке Института автоматики и цроцессов управления (НАЛУ) ДВО АН СССР.

. Автореферат разослан " 1990 г.

Учений секретарь

специализированного совета, А.Л.Буре готы

# кандидат физико-тлатоматических наук

-з-

) ОНЦАЯ ЖРАКТЕРИСТЖА ДИССЕРТАЦИЙ

.Г

I Актуальность теш

Одной из задач научно-техничеасого прогресса является..создание металлосберегающих технологий, позволяющих изготавливать машины и механизмы повышенной прочности при минимальном веса. Создание современных машин сопровождается ростом рабочих параметров -давления и температуры, приводящих к ползучести отделыщх элементов конструкций. Требование к материалу и конструкциям определяется расчетами на ползучесть, в основе которых должна леаать простая п надежная теория. ' .

В настоящее время теория ползучести далека от завершения. Классические теории описывают поведение материала в простойшх случаях нагружения. Эксперименты при всевозмозных перегрузках дано при одноосной ползучести не всегда согласуется .с цредгеаза-ниями теории. В такой ситуации "поиск новых теорий, становится т- ■ избегнет. Наиболее перспективной представляется кинетическая теория, которая предполагает введение в определяющие уравнения структурных параметров материала. ТЬория и расчеты не исчерпывают всей широты проблемы ползучести. Имеется ряд технологических.задач, решение которых становится возможным только благодаря про-, цессу ползучести. К таким задачам относится формообразование до-талей и упрочнение материала конструкций. Эти задачи являются составной частью металлосберегапдих технологий.

Т&ким образом, в первом сдучае ползучесть является некела-телышм явлением, во втором - рабочим "инструментом". В порвом случае теория долина предсказать возможные неаелателыше следствия, связанные с нарушением или прекращением выполнения механизмом или его элемента«.! конструктивной функции. Во втором случае

определяются рабочие "араметры ползучести: температура, нагрузки и время их выдержки. Актуальность рассмотренных аспектов ползучести не вызывает сомнений, так как с их решением могут быть связаны крупнейшие народнохозяйственные задачи. Построению кинетической теории, наиболее полно одисываицей процесс ползучести, и разработке некоторых технологий, использующих ползучесть в качестве "рабочего" инструмента, посвящена данная диссертация.

Цель настоящей работы .

1. Определить эмпирические закономерности ползучести;

2. Использовать полученные закономерности в построении теории нолзучести и в разработке технологий, в которых геометрические параметры изделий формируются за счет вязких деформаций ползучести.

В работе рассмотрены следующие задачи.

1. Проведены массовые эксперименты на ползучесть. С целью получения наиболее достоверно информации семейство кривых ползучести формируется из пяти кривых, какдая из которых получена методом наименьших квадратов по десяти экспериментам при одинаковом напряжении. Испытанию подвергались три материала при трех температурах.

2. йсспершлентальной цроверке подвергалось предположение о разделении деформаций на вязкую, упруго-вязкую и мгновенную пластическую.

3. Доказано, что запасенная энергия и декромент затухания у двух образцов, деформированных до одинакового уровня мгновенной пластической деформацией и деформацией ползучести, различны. Доказало, что составляемо деформацию ползучести вязкая и упругс вязкая- компоненты существенно различны.

4. Получены законы, связывающие вязкую и' упруго-вязкую компоненты деформацию ползучести и деформации возврата с напряжением и временем и указаны пх ограничения. ГЬлучено аналитическое выражение подобия кривых ползучести и показаны границы его применимости.

5. ГЬлучешше законы легли в основу кинетической теории ползучести с одним структурным параметром.

6. Кинетическая теория обобщена на сложное напряяеппое состояние и получены определяющие уравнения ползучести.

7. Разработка технологий изготовления скреплепных цилиндров, резьбовых соединений с гереме.лым шагом, резьбовых соеди-' нений с повшонной степенью герметичности; разработка технологий упрочнения материала одноосным сяат~ем и лщростатическим давлением в условиях ползучести.

lía защиту автором выносится:

1. Физическая сущность разделения деформации ползучести на составляющие.

2. Эмпирически установленные заЬш развития компонент деформации ползучести.

3. Определяющие уравнения кинетической теории ползучести и их экспериментальное подтверждение.

4. Технологические задачи ползучести:

а) скрепленных цилиндров;

с

б) розьбовых соединений.

г

5. Упрочнение металлов в процессе ползучести

а) в условиях одноосного скатил,

б) в условиях гидростатического давления.

Научная новизна работы.

Доказана физическая сущность разделения деформации ползучести на составляющие ( компоненты;} получены эмпирические законы для всег компонентов ползучести; создана кинетическая теория ползучести 'с.одним структурный параметром. Практическая ценность работы заложена в технологиях, процесс ползучести в которых является "формирующим" геометрические параметры изделий. Технология изготовления скрепленных цилиндров переданп металлургическое заводу. Технология изготовления резьбовых соединений с переменным шагом передана заводу-изготовителю бурильных труб.

Достоверность полученных результатов.

5 Достоверность экспериментальных результатов подтв рздается полученными закономерностями, так как основная масса точек группируется вдоль кривых математического охидэния. Кроме этого, данные кинетической теории удовлетворительно согласуются с результатами эксперимента при всевозможных перегрузках в условиях одноосной и прострэгственной ползучести.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались на симпозиумах и семинарах: Всесоюзная школа-симпозиум по МДТТ, КГУ, г. КУйбыгаев, 1974,1975,1976,1977,1978 гг.; Всесоюзный симпозиум, ДГУ, г. Днепропетровск, 1982г.; Всесоюзная конференция, ИГД СО АН СССР, г. Новосибирск, 1984,1986 гг.; Всесоюзный семинар, НИАТ.г. Киев, 1980 г.; сешнар на кафедре пластичности, МГУ, г. Москва, 1979, 1984. гг.; семинар по ВДТТ имени Л. Галина, ИТШ АН СССР, Москва 1983 г.; Основные результаты опубликованы в 25 печатных работах ( 5.авторских свидевельств ).

Обьёц и структура диссертации.

. Объём диссертации составляет. 211,печатных страниц, среди которых 65. страниц рисунков^ 23 страниц списка литературы, содэр-

о

яащего. 247 ьоименований.

с-

г

' Основное содержание диссертации

Во введении дана общая характеристика работы: обоснована актуальность теш диссертации, .сформулированы цели и задачи раио-ты, указаны осно_пые выносящиеся на защиту положения их новизна и практическая ценность, достоверность подученных результатов.

В первой глаза дан краткий обзор теорий ползучести.

Обзор касается одноосной ползучести. Накладываются ограничения на выбор теорий: теория долана описывать эффекты, существенно влияющие на ползучесть, и быть доступной для решения практических задач. Феноменологический подход, но вдаваясь в сущность сложных многообразных процессов, сопровоздакщих ползучесть, позволяет получить необходимые определяющие уравнения. Классические тоории не в состоянии предсказывать многие эффекты, проявляемые в ползучести. Однако инженерная практика сталкивается с подобными эффектами и нуждается в их описании. В связи с этим продолжается поиск новых теорий дая описания ползучести, которые могли бы полнее представить данный процесс. Кроме простоты и надежности, теория должна имоть в своей основе физически ясную и непротиворечивую гипотезу, отражающую основные черты явления. Такая теория • может бить построена, если использовать подхода Ю.Н.Г&ботнова или В. В. Нэвожилова.

Щеп Ю. Н. Рйботнова состоит в том, что скорость ползучести определяется напряжением, температурой и некоторым числом структурных параметров ^

с соответствующими кинетическими уравнениями

ГТрип =1 i; n~2 зти соотношения проверялись экспериментально, но удовлетворительного соответствия с экспериментом при переменных резанах на г руления не получили. Однако, в написанных соотношениях заложены огромные возможности, которые в полной мере не реализованы до сих пор.

Многио авторы используют идею о разделении деформации ползучести на состовляющие, рассматривая их как структурные параметры кинетической теории. Однако авторы не обсуждают вопросы, связанные 'с построение;- теории сложного напряженного состояния и не рассматривается взаимосвязь шяду составляющими деформации.

К теориям, использующим идеи о разделении деформаций при-шкают теории, основанные на реологических ¡эделях, элементы которых необходимо рассматривать в качестве структурных параметров кинетических уравнений ползучести.

Во втором параграфе рассматриваются идеи В.В.Новожилова о разделении напряжений, базирующиеся на трех гипотезах: тело обладает начальной изотропией; связь между напряжениями и де-форшиияш зависит от всей истории нагруженип; силы, сопротивляющиеся пластической деформации, не зависят от времени, т.е. они имеют характер сухого трения и направлены по касательной к траектории движения в сторону, противоположную скорости.

Вследствии неравномерности пластической деформации в теле могут возникнуть внутренние упругие силы Sij и силы типа сухого трения P¿J , которые сопротивляются этой деформации. Приложенные напряления преодолевают как внутренние силы,

сопротивляющиеся упругой деформации, гак и внутренние силы, сопротивляющиеся пластической деформации + где Ту -тензор диссипативных сил пластического сопротивления. Теория от'сывает такие эффекты как изменение ({ормы кривой шш-

-д-

венного на гру-тения после ползучести, восстановление ползучести, влияние ползучесги и наклепа на релаксацию, влияние порядка ступенчатого нагруяения на кривую ползучести, влияние рэзгрузки на ползучесть.

Сделан вывод: на основании выдвинутых (в начале главы) условий наиболее простой и надеяной является кинетическая теория ползу-ести, позволяющая описывать большинство из известных в ползучестп эффектов.

Вторая глава посвяценз экспериментальному исследованию ползучесги металлов при одноосной нэгруяенпи.

Конструкции работающие в условиях высоких тешератур п напряжений, подвергаются дефоршцяяи ползучестп в рплаксации напряжений. К таким конструкциям, в частности, относятся контейнер", применяемые при прессовании алюминиевых сплавов.Надогность и долговечности в этом случае обеспечивается выбором «згериала и геометрической формой конструкции. Ыатериал подбирается с улучпен-ныш характерпстикаш ааропрочносги, которым соответствуют стали, легированные никелем, хромом, молибденом, ванадием, вольфрамом и др. Однако шогие из легирующих элементов, особенно вольфрам, являются остродефицитным! штериаламя, и им по возможности искать замену. С целью определения параметров ползучесги были исследованы стали 40ХСН21Ш, ЗХВ4СФ, 5ХНШ и сплав Ш437Б.

Третья глава посвящается эмпирическим закономерностям ползучесги металлов. Кривые ползучесги разделим на две компаненты I)

Е'ег = + ЦШ) Ш)

где Рг(<аЛ) - -де^оршция, которая накопилась бы

в обр,аЗ^е, если с начала нагрувения процесс ползучести был бы стационарным; ) -скорость установившейся ползучесги;

р^Сс^) - деформация па неустановившейся стадии ползучести за вычетом деформации р2 На установившейся стадии ползучости

р](<э^)=(2(б1т) поэтому ограничимся рассмотрением области из-монония <3 и Т, дая которых кривые ползучести имеют ярко выраженный период постоянное скорости деформации. При обработав экспериментов было замечено, что деформация р^' хорошо согласуется с экспоненциальной ригасимостью, отсвда била получена закономерность (фиг.2).

гдо т, б - постоянные, которые при заданной температуре для рассматривает* материалов не зависят от напряжений;<2С

дополнительная деформация на неустановившемся

участке.

Все семейство кривых ползучести при заданной температуре описывается единой прямой ■ Г Статистически обработка экспериментальных данных для сталей 40ХСН214БФ, ЗХВ4СФ, 5ХН1М и сшшва ЭИ437.Б показала, что эта зависимость удовлетворительно выполняется.' Результаты обработки' экспериментов сведены в таблицу и лредставлопы коллекцией графиков. 1Ь лученная зависимость подвергалась широкой проверке на авиационных материалах и на известных.кривых зарубежных авторов. Во всех случаях получается хорошее совпадение с экспериментом. Все результату представлены гра-, фиками.

Точное значение Г (о)= й по экспериментальным данным получить не удается; поэтому в окрестности -¿-О прямая находится экстраполяцией. Если принять, что полученная зависимость аппроксимирует Г (т?) п при тЬ = 0, тс? получим

А аСб,т) _ > (з.з)

1П асе.т) -гсс.т) '

гдэ У(с>,т) ~Рз - мгновонлая пластическая деформация. Отсюда следует, что деформация' р} содоряит и деформацию ^ На этом основании полную неупругуа деформацию залитом в виде

где - деформация собственно ползучести

Р 1~ Р1 ~~ Р$

Из выражения (3.3) шоом (3.5)

р5^аса,т)(1-е~6) къ.5)

отхода, зная значения ЛСб, Т) , измерение которых производится на участие установившейся ползучести, мояно восстановить м?та-

« I

венную пластическую деформацию.

Для меди по экспериментам. Дависа, для сплавов Д16АТ восстанавливались диаграммы растякения и сравнивались с экспериментальными получили хорошев совпадение, ¿деланное сравнение подтвервда-ет, что тСб) является линейной функцией и в окрестности ■¿.•'О

Содерберг рассматривал экспериментальные данные по ползучести предложил аппроксимирующую зависимость

/>=-§■ се^ЧутХ*) (з.б)

где р - деформации ползучести; - константа материала; Т (£) - универсальная функция времени, не зависящая от напряжений.

Аналогичные зависимости следуют из соотношений (3.1) - (3.3)

в виде

д - ШП +а(аЯ<- ]

р = Ь(с)± 1-а(с)е~е11-и сз.7)

, здесь .функция Т Ц) имоет место, если отношение эС = 1гСб)/а(<3) не зависит.от напряжении. Если ЗС зависит от напряжений, то зависимость (3.7) является более универсальной.

Шказано, ''то ддя структурно устойчивых материалов из соотношения (3.7) моею получить уравнение теории уцрочненля

р0 - ТгСб) +р0т 2гСа) С4-2г(а) 1 ~ Г (в),

где таС&)-вЛ+те*а(с).

Это уравнение не имеет сингулярности в точке р0=0 , где скорость ползучести максимальная. При больших ро скорость ползучести р0 стремится к Ъ~Сс$ ) При известных значениях £ и ГП для получения определяющего уравнения теории упрочнения из экспериментальных данных необходимо определить и Тг(<3) Эти величины характеризуют установившийся участок ползучести. Весьма существенно то, что измерения цроиэводаыке в этой области являются наиболее надежными.. В первой главе отмечалось что теория упрочнения плохо описывает перегрузки.

Во втором параграфе исследуется физическая природа составляющих деформаций ползучести р1 г рг } р3 Изучение свойств деформаций ползучести производилось на отогкенной в вакуумных почах технически чистой меди. Образцы изготавливались с базой 100 мм и диаметром 10 ш. В качестве испытательной установки использовалась машина на ползучесть типа АША-5-2. Образцы были разделены на ори партии. Первая партия образцов оставалась не-деформиро£шгаой. Во второй и третьей партиях предусматривалось получить при комнатной температуре 2неупругой деформациир0.

Образцы второй партия пэлучаяи остаточнуо де*ормацис при бистром ^и непрерывном увеличении лагрузкя, при этом деформации ползучести .,не успевали появляться. В образцах третьей партии деформация на-к.кап|чвалась ,в течении 120 часов. Известно, что накопленный матерн-,(Обладает .повииенной анергиеЯ, приращение которой может бить из-.м^рерд.Для втого составляется.гальванический элемент из деформи-,ррваннрго ji ¡дедефоркированного образцоц, погруженных в растгор соответствующей соли. Различное содеряан».е оперши в электродах об-.НЕфуяивается появлением между ними определенной разности пот нци-алов, которая измеряется прецезионним вольтметром. Используя описанный способ определения накопленной анергии через ЭДС из трех пар образцов I-I, 1-3 и 2-3 составлялись i альванические элемент», электролитом в которых являлся водный раствор медного купороса. Измерение производилось микровольткот.рон B2-I5 j раь^еиаюией способно-7

стьр 10 в. Наибольшей разностьа потенциалов обладает пара 1-2 ( i - дюдоформрровапный образец; 2 - деформирован пл^тпчески). Щшрядедие в дара 1-2: ЙбООмкВ; л паре 1-3: 4500 мкВ; в паре 2-3 : IOQQO дкВ,

Известно, йод воздействием пластических деформации наблю-дар?.ся нзиецшщо структуры материала, следовательно долины изменяться характеристика вязкого трения. Одной из характеристик последнего является дзкреионт затухания. На тех so образцах для которых изверилось прирацзииа.энергии, определяли декремент затухания.

йзморонио проводилось на прибора Е. tasioin/ о15~.

>

Наимопьвш декрементом затуханием облпдавт образцы деформированнные пластически: »0,0019039; 3 »0,0010749; Ss«0,0012063.

-ft'

Ташм образом мгновенная пластическая деформация ц деформация ползучести оказывают раздшчпыо .¿оздейеття па сбойстеэ материала. Отсюда следует вывод: изучаема деформации р , р^ сугэственно различии. Это подожшшо рассматривается па следующем эксперименте: задаются напряжения 6(/>6'27>- 6~3 и опредо-лэнная величина деформации ползучести; заданная деформация на одном образца накапливалась при , на другом - при . После этого катав! из образцов порогругался на 6"2 . Испытанию подвергались образца из огогетшюго ыаториаяа. Геометрия образцов, измерения деформация и контроль температур были стандартными для ыааян тнш "ЦСХ - З/о" вкопарсмош; показывает, что образцы, накощшдле раЕщпз дефораэдш ползучести при разных уровнях напряжения, при одокватЕшх условиях вторичной: ползучостп имеет различноз повадаша. Еазделеш» деформации ползучести на "мгновенную" пластическую деформации, деформацию неустановившейся ползучее ги а шзкуи.дефоршцшз позволяет осмыслить гипотезу подобия кривых ползучостп.

Ранее гипотеза подойдя проверялась для полной неупрутой деформации ра({) • Оказалось, гипотеза луч:ло выполняется для деформации р({.). Из закономерности { 3.2 ) следует подобие деформаций р^ ■£ J . Если семейство кривых ползучести подобно, то для любых 6 и t имеем

ptWfe&A)* const

Для выполнения условия подобия достаточно, чтобы семейст-.во асимптот пересекалось в центре гомотетии, лежащим на оси абсцисс.

Из уравнения кривых погаучзстя

р-р0-р3= гх(бli+aiGje^-e^J (3.9)

получаем уравношю их асимптот

Р = (Г (с) с<?)еь] • (з./о)

из которого определяем точку пересечения асимптот с осью абсцесс

2Г- (з.н)

1Г{$)

Процедура обработки экспериментачьпшс данных была следующей: • из экспериментальных кривых ползучости вычиталась упругая деформация, т.е. определялись кривые. полной неупругой деформации ': Скорость установившейся ползучести СГ (б] определялась методом наименьшее квадратов как прямая, проходящая через экспериментальные точки установившегося участка ползучести. Гипотеза подобия проверялась на широком круге материалов; сделано заключение, что гипотеза подобия выполняется с большой точностью.

Гипотеза о подобии позйо^яет упростить определяющие уравнения теории упрочнения п кинетические уравнения ползучести,' которые рассмотрены а 17 глава;

В третьем параграфа главы излагается закономерность для деформации возврата

Г' с С с)

где С(оо) ~ полвзл Дс$°р1ацпя возврата;

/г?^ } £ - постоянные материала, независящие от напряжений.

Если принять, что указанная зависимость аппросшлирует Г} при "6 = о получаем

- = й (Ш)

п - /> „л

где ){_ - "мгновенная" 'неупругая деформация прй ■

разгрузке.

Полученная закономерность проверялась по кривым ползучести, полученным автором и заимствованным из литературы.

Обстоятельная проверка показала, что в последуемых диапазонах температур и напряжений экспериментальные точки группируются вдоль единой прямой и совпадают с экспериментальными' точками, полученными для Г. Это означает, что константа и <$л равняются т1 и соответственно..

Четвертая где да дисоертпции-поевмена построению кинетической теории ползучести. Кинетические у ре вц цдИ; .-п р'Зд ^ локени Ю.Н.Рабогиовцн. Сй"чко кинетическое у ё)(;<&'д дН, сх' турного параметра постулируется, ас о от в егс б.'с. * эцбй^рдай^ ' тальныш дайны«! достигается за счет ^^Зорг 'функци'и^'ой^еййг^* щей зависимость от введенного параметра, нападений'и дефор-'

I

нации ползучести. •

В диссертации предлагается другоц подход, согласно ко- | то рому постулируется один из просгеГ.иИх вариантов кинетических | уравнен:!'.! теории ползучести, структурный параметр вводится <5ор— | ы плыю, з козминиенг кинетичес^х урзвиений и сгруктурный | параметр определяются по эксперта'Шальнии денным. |

Показано, что для этого достаточно зна!ь семейство кри- | вых ползучести при различных напряжениях и величину деформации |

I

возврата. .Обобщение на случай сложного напряженного состояния ; обсувдавтс я л Бух .вариантах.

ссиогрйни.-соогноиенкя изотропной ползучести, при этом, как и ь с. о рак .пластичности, изотропная шдель не описывает . экспегиымпльаио-ризулмвты при погружениях, резко отличаю-

ЩЯХСЯ ОТ ПрОПОрПЯОНПЛЬНОГО.

• Во второй вэргапге продлопепи уравнения, учитывающие приобретенную .анизотропию.

Отсутствио данных о дс^оргяцпп возврата не позволяет провести количественное сравнение с гкспериыентяльныл! данпшя, но качественные законошрноогп сппсшпгасл моделью, учитывающей приобретенную анизотропию.

Проведено срзвненлэ теоретических п эпспорнментальных результатов при перегрузках в условиях одаоосного растяжения и при различных комбинациях рэсгпзсшпя п кручепля длп сплава Ш437Б н сталей 5XHIM я ШСШВЭ.

■ В третьей глявп были рассмотрены опг.токсяшцпп для дофор-гвтй ползучести (3.7) и ылговерпой пластической докотпэцпп (5-5). Бели к эиш эштпрачесюш вавпепкостяи дооавать заглепшегь для возврат, то шзшо поссроигь простешта варяант кинетической тооряи поязучостп, точно опасывакдая эксп оря ишта льны о законо-ШрНОСГЯ 'р №t) - рС&О) * с (?) (4.1)

Нэиболез простой варпап? 2ворпа получпц, если предположив, что уравнения содарзаг одяп стгуртурний парзимр и будут линейными относительно р п » г.о..

f -о, (е)р4Wf (4*2)

Неяпяейтю эффекты шшутсега списываюоя за счет нелинейной зовисашова когффзцпсшов (Cj и ¿. (С*) от напрязенпй. Rjcoüotpaii рсаешо уравнения С>»2? ирп посгопшщх Gr и потребуем чтобы иго решеппя прл таадлгнцх услошях р{°) =0 , сошйдади о (3.?). Для soro, чтобц резшшя уравнений (1.2) цшлл агапатогу, пз ззрзштеяьнтд ося . псобходпш тао-

ба имели tiocio равошягз , ^ (4.3)

t j z (

оранивая ' 4.11 ) к (3 7) получки, что они совпадает при условии г «У—« ; -м ¿¿М*

При 6" =0 и нулевых начальных условиях уравнение (О должны иметь решение 0, . что возможно, если С/ф • • сз.(°) -О- Пусть до момента времени £ = ¿^ .образец ползет при постоянной 6 .после чсгго нагрузка снимается. Для описания обратно!! ползучости получаем систему уравнений

р = «,(°;Р , ? - [а'(о)Р * 6<(о)?1 с

Для деформации возврата имеем '

Р ({} - р (~>) =-/« М (о~) - (с)]с£1 (с) ¿ +

. - т3 [а,(о) + 61(о) Л (<?) ] ¿¿МО-*""*/

На участке установившейся ползучести при г? - о*> потребуем, чтобы выполнялась зависимость .Тогда из соотношения С 6~) следует

а, (о) (е) - СЧ (<о} 4 С°)-0 , СС1 )

Если вместо ^ ввести новый структурный Параметр- ^("¿^-^/¡^¡р^ то определяющие уравнения С £ <0 и С принимает вид

Таким образом, козКп^ксаты уравнения С

4.2

) МОКПО вычислить зная величины с , которые определяются из семейства кривых ползучости при постоянных иапрянепи-ях и измерен;« величии« возврата с после снятия нагрузки через некоторое время, когда деформации прекратятся. В литературе приведены кривыи ползучости дая различных материалов, ко, как правила, .величина возврата с ао измерялась, за псов- ' чением полимерных'иаторпапов.Зхо ис позволяет определить коэффициенты С по веем имоосимся Е^литоратуре вшивым ползучести.

-JS-

Величина возврата.является характеристикой обратимых деформаций ползучести, которые без сомнения ¡шоот другуа физическуп приро- .. ду, чем механизм »«обратимых деформаций ползучести. В металлах деформации р^ возврата малы пэ сравнении с накопленной деформацией ползучести, но с точки зрения предложенной модели принеб-речь ими нельзя. Измерение д (6) и с (?) при малых уровнях деформаций р но представляется вэгмогаши, но выражение a(ô) входящее d урагаештп ( •</. 8 ) молено вычислить при

б" О «з соотношения • .

eim а(<Т) 1 С )

Соотносеиг.екС 4. S ) следует пользоваться при определении перегрузок на пулевио напряжения. На основании ( .V. 6) были построены описания следувдо окспорявднтов : I) два образца деформируются при напряжениях 6"f "я • до достизения деформации ползучести ра ,после чего происходит перегрузка на напряжение

i 2) после некоторой, деформации ползучести до дос-тиаения установившегося участка производится разгрузка на нуле- " выэ напрякения и измерялись деформации возврата; 3) производились ступенчатые нагрузки, в том числе я с перегрузками на нулевые' напряжения. .

Во втором параграфе рассмотрены кинетические уравнения, основанные на реологических моделях.

Третий параграф посвящается обобщении теории на случай сложного напряаенного состояния. Наиболее простой вариант получим, предполагая существование потенциала ползучести, который зависит от одного структурного параметра. При одноосном растяжении потенциал меет вид i ■

Для получанля потенщада ползучести при слз-шом напрягол-. нон состэяшш имгсто 6" в соз'Л1Э»гшияу ( <?} кошно подставить некоторой Е^.^ктиилоо кгифялггиз ^ У , тог^а

В качестве о2>]-ек?ивиог-з ио-но езять одлг иь

трек вариантов

•у, = X" ~

^ ^ - с;-/*[сг -ыК {<г3 - ь)*] \ 4. гг)

геэ - глйзшю иапр^ены:. У;р{.в5тиьноо иапршшше

^ - есть ¡штонсиБ'юегь наг, р яке к:;!!, - маисихагыюв

касательной напряженно и - м&сснказышз и^&здеЕНОв ваар&сэ-ш:о ясдяьтся граничными э^фектквиим!] иапряке1шяи:г, при кзторих поверхности постоянного уровня потенциала сохраняет условия выпуклости. Осе три напряжения { при чистом растя-хзгах еэваадаге. Обэбгоккс оозтнзсонаЗ ( * для сложного напря-жошгйго состояния по:'.учаеи с в^де

Ау - 4/

X -= /«.л - т* с &)

В г-.т,:.? ¿г ')3 еяее? осо^егчност:: г. ыи пврчеоченпя

о у /

гла/. -1.- заггянза ./ЭС,-; - псъянаетел в обоб-

Фяг. I. Раз(йгветв крп~1 пыюучеся

-Ь

коштнентн.

С

• -

• 1 « 4

- с о

20

40

Фиг. 2. Зависимость дм сшива Д16

при Т = 47з£

ЗйОМН/м1 звот/н2- ШмИ/н2- 350MHJM¿ ' .300 M//Ml

à

SO 100 i50 2Ó0 250

ôpenç tí, час

£иг. V . Красна ■ ползучести стала 40ZCH2UB3 при Т=698К.

-29-

s

дрем я -t, vac tor,' S

10

î %

: А /' i

i /■ 1 ; • в ©

/ / • /V в > ; 1

> /

H 6 В

Время -i, vac

10

Фиг. 6

V

>t

V

л

t I

6*9,78,1

——* \

2 У / ( *■ 1 -

■ ^^ * / z' // // *

25 . St? -. „ 75 ftfff Время 2f, vac

fZ5 fSO-

tar. Ц Кривые ползучести при сложных путах нагруяения стали 5ХН1Ы ври Т»69вК (I-рвстяиэние, 2-кручение)

I

■to

I

Фиг. g

. Кривые ползучести при сложных путях нагрухения стрли ЗХВ4СФ при Т=698К (I-ра стякэниэ ,2-кручеш:е)

^ о *

X

С*

* /

I

300Ми/n-

3SQMH/M1

Ч

■i У

• ' У ч /• /

Г . . - -

-А

W ¿0 120 160

Время т, Час

Фиг. 9 . Кривые ползучести стати 40ХСН21.Ю2 при T=6S8K.

200

\

о. t

*

ч

Г. *

а*

it- 500Мн/Мг

• * m У ч ■ ч > ч

■ • • m -* ¡t ч ы ;,',г *.. ^ . • , » Л ,» * 1 г ■ ' • у с

40

во по

бремя i, vac

160

200

i

>v cxj i

*r. io .. W ползучестя et«. ЗШМ цгМЯК

iief.'EiOM столв.

Рассмотрим нзкохорко особенности модели, описываемой уравнениями С 4. ,

Вопя сбрагсгj подал нагрузкой находился в'естественном состояния pij [ifJ з Co до^рмантт ползучести пропор-

циональна J&ZZZSOpf • ' мзиомю, 6сли в

качество вйвякагюгэ ?s."or,zcu:'.:i гнбрать . . Тогда при фиксированием зиттг.гл 'fj, сгггяггл'исть интенсивности деформации /; ~ (pijJ£>УД5*У y^spoaibimn функцией времени, не зависящей of папргг^ггзга сс5голгг.*гя» Зта закономерность выполнялось» проверялось 55,0« Яяксмгягг»«.™» и для технически чистой меда она вуполнпогзя, з ?л~. сзитсд С'1 257 - не пополняется. В обоих случаях девпагор» неяряяяяЯ а £эгкг?оры скоростей деформации оставаллйь i7?sz$r!:vKiLi.ttfi'ztiu Прз полном снятии нагрузки £'/ -геличшт f ¿j О соотношениях ( остаются иеоп-

роделеневкз; срама згег® емткапенкп нэотроикой теории но описы-заст оснзгясЗ зесяарг!?!;зтазьт;Я (?окт: предварительное растяжение ( P!pj'f2ff:f9^ го елкяот на поведение материала при послодувщем кру-4ftfn«f (раетякеипи). Этот рззультат, Епорвио сформулированный B.C. йа-ч-с-стниковим, наблпдался в пасих опытах на сплаио Эй '»37 В.-Эти недостатки модно устранить, используя тонзорнио структурные параметры. Наиболее простой вариант теории получаем в виде

р.; = ct (у) с - 'CyJ^fij * (<п a (J/ir)J~S;f

Сэстногпаил ( £ при чистом растяжении переколят соотиз.гсл ? ¡-С 'У. . ij'ни принять, что имезт моего ■

-зо-

с (у)& - / ,т.о. соотношение С $ ) выполняется не только

при 6~ ■= о ,а для льЛих б" , то первое из соотношений

С 4. /V ) мокно получпть путем введения потенциала ползучести, полагав У - У.1 у

S¡J *4С* (

Четвери. . параграф посвящен сравнению теоретических и экспориметальных данных..для сплава 311-437-Б при температуре Ю73К, для. сталей. 40ХСН2МВ5 и 5ХН1М при температуре 693К.

Эксперименты са одноосное нагруиенио производились на образцах диаметром 10 мм рабочей базой 100мм на машинах ЦСТ - 3/э. Эксперименты на сложнее напряншшоо состояние производились на тонкостенных трубах с внутренним диаметром 25 мм, толщиной стенки I мм и рабочей оазой 1СС..м. При определении параметров ползучести какдий опит дублировался на десяти образцах, а при перегрузках - на трех образцах. Экспериментальные результаты представлены в виде средних точек. Огромное количество экспериментального материала позволило сделать заключение, что совпадение экспериментальных и теоретических результатов является хорошим. Результаты экспериментов, цредставяэны на рио. 3 -8.

Однако необходимо отмотить плохое совпадение теоретических и экспериментальных данных в случае многократных разгрузок на ноль. (фиг. 9-10).

ч

Пэтая глава посвящена технологиям, основаянкм на цроцоссах ползучести. С давнлх пор для снятия остаточных напряжений используют о'ЛСигпли отпуск в основе которых логлт ползучость и релаксация.

В последние года процесса ползучести используются в технологических целях для. изготовления специфических деталей, когда другие способы затруднительны или не дредставдяотся возмонными.

В первом параграфе пспользуотся технология упрочнениг С1феп- . ленных цилиндров. В метаздургичеспой про:жзленностп широкое распространенно получил метод горячего прессовашя, согласно которому прессуемый металл в нагретом состоянии помещается в контейнер и снимается шлызпид усгашяг.ш козду матрицей л прессштемпелем. Отсюда следует, что контейнэр работает х у ело! лях высоких температур и напрягонпЗ. Для болео равномерного распределения напряжений по радиусу контейнер выполняется в вцде скрвшютнг'о цилиндра, состоящего из двух пли трех втулок, коакспальнс посааенных друг на друга.

• В процессе эксплуатгадга материал контойпера подвергается де-«зр:,:ация7.1 ползучести п релаксации нащмшэний, а под воздействием ■ температуры претерпевает необратпмда изменения механических свойств. В этоа случав вопросом поргостанешгоЗ наглости становится длительная прочность материала.

Ш'зтому. ори ипборе .материала пообходтга учитывать его рео-логически^ свойства в тег.швратурхщз •нестабильность. В связи с

' - г,

этим возникает подробность в.роологэтвсгапс свойствах материала.

Шчасьпда параметры в ишхоршэнтах соответствовали экепду-атацрошпм. Еэ-оцрадолоппо тешгаратур и напряжений в контейнере определялось на. действующем пресса с уешптем & = 1200 тонн.

-зг -

Контактные напрякония измерялись штифтовыми ыесдозамн, а температура хромель-алшелевшс! тзрглоиаргчи. Проссуе:/ий металл (алюминиевый сплав АД31) помещался в контейнер, состоящий из трех напроссованща друг на друга цшпщцров, а металл цресс-штемпелем продавливаются сквозь отверстие матрицу, В обойгдэ контейнера -располагаются нагревательные медные стергни. Иэипо-•ратура измерялась с помощью десяти термопар и многоточечного потенциометра КС"-4. Одиннадцатая тераюпара, наиболее близко расположенная к поверхности ыеталл-инетрушнт, выполнялась разобщенной, а ситная с neo записывался на осциллограф HD-I0M. Друхпозиционноо регулирование в цдашчность регша прессования приводят к периода чесвоэд изменению темпэратуры в контейнере. В овязи с этим темперапзшзряли как при прессовании, так и при холостой решаю. Эта результаты отюоятса к юзньшш га цшсл значениям температуры

Дая измерения коптаизшх шшрсзашШ г творхкостицресоуо-шго готаллд нопольаовсш! даугзсомпопснтшэ аифтопыо мзедозы. К поверхности ШСЩОЗ О гк^асха црзшш шсокотомшратур-

шо нидшовш гсшзодагшш. Дга рабогн рригодшга. гонзоотапщш и вше2фаш$ ошдащра^ Е^щровяу ггзодоз црапзводашг цри рабочей тошараиуро.

-. Ц^шодотз тштдятахт показана, что при цроекящровавпи. коитоНпэра поо&одаг*о расиолшхсь paoишсш язршиердстша-14П в шиеряаяах рабочих яеигорагур и тцряшшз.

§ 2. /дояр padoiu xcoiiüóliiiojioB ¡ qjikqbhciíus irpu прессовании

елхшзшшзш: сшшои, показал, ча*о ^ог/лдродршз н сзиюзне еоз-

,действия лороздаю!1 ьродйсси ройагсацшх и ладснио пахятов в

■ скроцлошшх цшшвдах» Гйслодсгвй! охшс'«Йоесов, связанных с

* .

долговечностью работа коптоЗпсра, нозпо ограничить выбором материала с повышенной ролаксацвошгоЯ стойкостью. Однако и этих ■■ юр нодостаточно, так кед зшгатаиьнсо падение натягов происходит в начале окоплуатацип ¡коитойвдра. С целью сохранения натягов втулки контейнера перед сборкой подвергают предварительной ползучести. В данной работе эта задача решоотся для контейнера, эксплуагирущзгося пз прессе усалксц 1200 тошг.

Конструкция коптеЕпвроп продсташшет собой два толстостенных цилиндра, коакссальпо поссзешшх друг на друга с натягом. В кастах солрикос:шоппя цяшпгдроэ вознгкаот контактное давление. Гак как прессование пропзводатся при высокой температуре, то в цилиндрах контейнера наблэдавтея полэучость, которая приводит к падешю контактных давлений. Наследования показали, что наиболее интенсивный процесс ; эдшссащш происходит за первые 10 * 25 часов работы. Штягп за это время значительно уманьиа-.ются, а это приводит, в конечном итога, к сокращению срока сщяби контейнеров.

Швостно, что образцы, проягедаие предварительную релаксацпз, щЛУ''повторном пагруненни ролаксируют медленное, чем образца из"о«сствандаго состояния. Эффект замедления ролаксац л был исиользоаадупрочнения инструкции контейнеров. В этом случае цилиндры, 'с?дед, сборкой подвергают деформированию в условиях ползучести. Рабоудч температура принимается по менее температуры эксплуатации контейнера. Время деформирования должно быть не менее вроы<ш-.щагопсилного падошш напряжений по зеривой ре-лакссции. Ш.сда .гп5оаод(;(?:Л1Х операций цалигщры обрабатываются год размори,, обеспечивающие задатшо патяги, и собираются.

Давлв1ия, пооС одгочм д-.я деформирования цилищтров; долглш

- ъч-

быть порядка ^ 10 кб£._>. фи высотах температурах создание давлений в цилиндрах осуществляется дутем помещения в гак оправки, материал которой имеет коэффициент линейното расширения больший, чем коэффициент линейного расширения у материала цилиндра.

В наружный цилиндр, вставляется алшшшовая оправка. Цшзддр закрывается крьтами коториэ стягиваются вшшськами. Деформируемый нарушим и внутренним давлениями цилицдр располагается мзе-ду алшиниевых цилиндров а все вместе помещается в жесткий стальной цилицдр. Затем цилицдры закрываются крышками, которые стягиваются шпильками. Цри пагравашш до заданной температуры в ци-ливдрах и создается давление. Чтобы избегать выдавливания алюминия через щели доеду кршжаш в цилиндрами, в конструкциях приспособлений преду сыагр/*"отся йодные прокладки. Размеры алюминиевых цилшщров долины рассчитываться так, чтобы начальные напряжения при предварительной деформации не превышали предела прочности материала при растяжении. Црактическг цилицдры собираются по скользящей посадке.

Ш излоаопноИ технологии бия изготовлен двухслойный контейнер для пресса 1200 тонн. В 'настоящее время контейнер находится в эксплуатации.

Исследование релаксационных процессов, происходящих в контейнере, производилось на моделях, изготовленных по изложенной технологии из отожженной стали 5ХНШ. Модели помещались в нагревательную камеру, температура которой соответствовала эксплуатационной температуре контейнера, и выдерживались при этой температуре в течении 50 часов.

Нх-де охлаждения втулки из модели контейнера выпрессовыва-лись, и .лс. величине диаметров, бывших в еопрякении, вычислялись

нагягл. По отсй "о методика псшггашга полезпгались идентичные модели контейнера, но изготовяатппот по традиционной технологии.

Исследования показали, что патягл таглу цилиндрами моделей контейнеров рэзпо снлгаптся в пзргцЬ '.'лен гх эксплуатации. В моделях контейнера, цилиндр!! котортк подгоргаллсь предварительному деформированию, гадоп::о патягов происходит медленнее, чем у могэлзй, собранных традпцпоттшгл путем. Еслп учесть, что влияние предварительного дефорглрогастя 1га лоо-тодуклув ползучесть для закаленных Егатерлалов еттатальпо сшгьгсзо, чем дач огол^егпск то становятся очагдяяая лропмзтзетгз предлагаемой технолог;::. В заклвченпэ отмотхм, что повал технология рекомендуется для контейнеров с поигаани уелляем прассоваяяя. Наибольший эффект от внедрения тэхпохогеи иозот Спть пэлучоп при мелкосерийном пзготовлешт коптеЗиэроз..

. Третий параграф глава носеле^п Е'г-сппъ задач о распределе-шга нащшвзшЯ по радиусу тоястсстсшэЗ 7руби, подвергнутой внутреннему и наружен дзеязеш в уело сляг ползучести.

В четвертом параграфа дало рогатка скрепленных цилиндров. Этп задачи репалпсь'шогяка авторами. В дайной работе при решении задач попользуется шшотлчеекзя теория ползучести.

В пятом параграфа рассматривается исследованпо реологических свойств стали» Используя идея о наклепа Баушлнгера в пластичности, крупногабаритная заготовка подвергалась дефорлации сжатия в условиях ползучести при температуре 723 К и бнла накоплена остаточная деформация 25. Из этой заготовки вырезались образцы. Оказалось, что наибольшей прочйостьв обладают образцы ццоль осей которых накапливались остаточные деформации.

В шестом параграфе исследовалось влияние гвдростатического давления на механические свойства материала. При воздействии гидростатического давления в местах несовершенств возникнут концентраторы напряжений. Если при этом .овысить температуру, то

.концентраторы самопроизвольно ралаксируют. Структура стремится к новому, равновесному соотояшш, которое, очевидно, останется ,равновесный посла снятия температуры я давления. Шло решено исследовать влияние ГОД (гидростатического давления) приложенного при высоких температурах па иэхагяческие свойства металлов. Для создания гидростатического давлэния .использовался эффект теплового расширения материалов. Еош1 при комнатной температуре в цилиндрический контойнер, закрытий по торцам крышки, поместить ^з зазс т рабочее .ало с коэффициентом линейного расширения •большим, чем у материала контейнера, то при нагревании в системе контейнер - металл возникает внутреннее давление. В качестве контейнера "был выбранскрепленный'цшшнцр из двух втучок, которые изготавливались из стали марки 5ЛШЛ. Эта сталь обычно используется при изготовлении контейнеров дли ироссования в металлургической проышшошюстп. В качества рабочего тола использовался алшшшеьый сплав АЦР-5У пли АМГ-С, который одновре-менпо являлся исследуемым штаркалоц, Для -оцтейнера были выбрани слодуидие размеры: наружшй дашатр 135 ш,. внутренний диаметр 40 ым. (ГСД) гидростатической давлоапо создавалось при Т = 723К. В этих усло'ьиос давление дои- абсолютно жесткого контейнера, как показали расчзтя, достигает 1020 Ш/ц2, Так как контейнер обладает податливостью, то теоретически возможное пачальноо даслоило составляло 600 Ш/ы^. Это давдошш кото пошеигь. Дм этого ешотся два цуги:

• а) при комнатной тк-шаратуро' произвести предварительно о * '

подкатив рабочоп» тела; .*.".'.

б) включить сладило тшшратурпохо .расширения контейнера, т,е. рабочее тело боз зазора поместить в контейнер, иагротый до томператури эксплуатации. . • "

В последнем случав давление монет быть повышено до ГСООШ/м2 Условия эксперимента били таковы, что контейнер подвергался деформации ползучести. Чтобы уменьшить влияние ползучести коптей- ' нера па падение внутреннего давления, втулки перед сборкой проходили специальную обработку. Эта обработка заключалась в следующем: паружпую втулку деформировали внутрешшм давлением, а внутреннюю - наружным. Деформировапие проводилось в условиях ползучести в течение 50 часов при Т=723 К.

Посла этого втулки обрабатывались под размер, который обеспечивал расчетный натяг в контейнере. В изготовленный контейнер помещалось рабочее тело из сплава АМГ - б.п А1ЛГ - 5М. Размеры рабочего тела исключали. зазоры во внутренней поверхности контейнера. Последний закрывался по торцам крышки, помещался под пресс с помощью которого производилось сжатие рабочего тела. Крышки контейнера под прессом стягивались шпильками. Величина усилия пресса выбиралась с таким расчетом, чтобы после снятия нагрузки обеспечить давление в контейпере 500 МН/м^. Собранную систему помещали в нагревательную камору, температура которой поднималась до 723 К и затем поддерживалась на этом уровне в течение 50 часов. Давление в цилиндре измерялось с помощью месдозы. Давление на мзсдозу с помощью датчика прообразуется в электрический сигнал, регпстрирущий соответствующей аппаратурой.

После 50 часов контейнер охлаждался, из него извлекалась алюминиевая заготовка, которая разрезалась на темплеты параллельно оси цилиндра. Из темшгетов изготавливались образцы для определения реологических коэффициентов ползучести, механических свойств и плотности материалов. Образцы на ползучесть изготавливались по стандартному типу с базой 55 ш и диаметром ^ 7 т. Образцы на разрыв тлели базу 40 мм и диаметр 7 км. Образ-

3,я

цц для взвешивания изготавливались в виде сплошных цилиндров диаметром 40 мм и высотой 20 ш. Точно такие яе образцы, но из заготовок, не подвергавшихся обкатив, изготавливались для эталонных испытаний.

В пользу материала, прошодшего гидростатическую обработку, в заключение можно заметить: плотность материала увеличивается на 0,174 %\ предел прочности и текучести повышается на 4,52 и 9,1$; скорость установившейся ползучести уменьшается, а длительная прочность увеличивается в 10 раз.

В седьмом параграфе рассматривается исследование влияния состояния образцов на реформацию ползучести. Показано, что медные и алюминиевые образцы, покрытые хромом и никелем медленнее ползут и имеют большую длительную прочность. Бито замечено, что ползучесть сильно зависит от механической обработки. Исследовалась сталь Х18Н9Т. Анализ исследований, показал, что увеличение степени поверхностного наклепа отрицательно сказывается на ползучести.

Восьмой параграф посвящен технологии изготовления резьб, использующей при формировании параметров процесс ползучести.

При решении инженерных задач, в том числе и резьбовых соединений, ползучесть либо вовсе не учитывается, либо рассматривается как отрицательное явление.

•Впервые явление"Ползучестр как эффективное средство использовано:

1) для повышения герметичности резьбового соединения;

2) для изготовления резьбового соединения с переменным шагом резьбы;

3) для повышения износостойкости резьбовых соединений.

Дсс'-.'жапию герметичности резьбового соединения препятствует

наличиэ па поверхности резьбы шероховатостей и погрешности в шаге п профиле резьбы, что но позволяет обоспочить между сопрягаемыми витками резьбового, соединения достаточно малого зазора и необходимой площади контакта. В настоящее время повышение герметичности достигается путем повышения крутящего момента, прикладываемого к резьбовому соединения. Увеличение крутящего момента приводит к рос 17 радиального натяг 1 и окрушгах растягивающих напряжений, близких к пределу текучести, повышает склонность материала к коррозионное расороскивапию и общей коррозии.

Швышенпе герметичности и коррозионной стойкости достигается свинчиванием элементов резьбы, нагрева соединения до температуры, не превышаигей тегшараа^ры структурных изменений в металле, выдержку во времени. Макбимальный момент овинчпания ограничиваете^ величиной, црн которой напряжения в ттериале не превышают предела прочности. Время выдеряки выбирают равным времени падения нагрукения в материала на кривой релаксации в пределах (0,3-0,6)

Коррозионная стойкость соединения, изготовленного таким способом, вышэ коррозионной стойкости соединения, изготовленного стандарты способом.

Ддя изготовления резьбового соединения с переменным шагом элементы резьбового соединения свинчивают с регламентированным усилием затякки, при котором осевое усилив меньше усилия, вызывающего пластические деформации по виткам резьбы. Собранную конструкцию нагревают до температуры, при которой не происходят структурные изменения, в металле и падение механических свойств. Время выдержки регламентируется деформацией ползучести, суммарная 'величина которой должна быть но меньше упругой деформации, вызываемой рксплуатационноЯ нагрузкой. Т&к как деформация ползу-

чести нелинейный образом зависит от напряжений, то наибольшие остаточные деформации накапливаются на первых витках резьбы, а нагрузка с первых в:ттков автоматически передается соседним. Эх от процесс цродолжается до полного выравнивания нагрузки по всем виткам резьбы. Пэсле разгрузки резьбовые соединения имеют необходимые переменный шаг п црофиль, отвечающие условиям эксплуатации.

Способ ыоаеа быть применен дня изготовления закаленных резьбовых соединений с повышенной твердостью резьбы, которая может быть выше стандартной вследствие создания равномерно нагруженной резьбы. Операции, нагрова под закалку и на ползучесть в этом случае совмещают. Нарезание резьбы производят в отожженном состоянии. После свинчивания по указанному выше методу детали подвергают традиционной закалке и отцуску на требуемую твердость. Равномерная нагрузка по виткам исключает коробление резьбы при закалке.

ВЫВОДЫ

1. Ва основе.полученных экспериментальных данных определены эмпирические закономерности для кривых ползучести и возврата.

2. Для одноосного нагружения на основе полученных экспериментальных данных построена кинетическая теория ползучести и определены коэффициенты дифференциальных уравнений модели.

' 3. Проведем экспериментальная проверка модели при ступенчатых натрукениях. Шдучено удовлетворительное совпадение предсказаний модели н эксперимента.

Расхождение с экспериментом наблюдались при неоднократных перегрузках на нулевые напряжения.

4. При описании возврата на неустановившемся участке ползучести получено хорошее совпадение экспериментальных и'теоретических результатов.

5. Проведена эксперименты качественного характера, гваазк-вавдие необходимость разбиения необратимой деформации на дз^ составляющие.

6. Проведено обобщение кинетических уравнений теорш ползучести на случай слозпого напряженного состояния. Рассмотрен вариант скалягрпого кинетического параметра и обсувдепн пэдостатки такой теории.

Пэстроен вариант кинетических уравнений с тензорным кинетическим параметром.

6. Пэказано, что в теории с тензорным кинетическим параметром выполнены основные экспериментальные закономерности, обпару-генные при изучении ползучести в условиях сложного напряденного состояния. 1&к предварптельное'кручение но влияет на последующее растяжение, а предварительное растянение на последуодео кручение. Предварительное кручение приводит к более интенсивной ползучести при ступенчатой перегрузке на кручение обратного знака.

фи ступенчатом изменении напряжений вектор скорости деформации ползучести отклоняется от условия соосности в сторону отклонения вектора нагрулзния, а в последующем'ассЕмптотическл приближается к условию соосности.

8. Проведены эксперименты на слогное нагругенне (растяжение и кручение) при ступенчатом изменении напряжений.

Сравнение теории и эксперимента в случае сложного нагрузюнш дают удовлетворительные результаты, но расхождение теории и эксперимента при слозном напряженном состоянии большое, чем при о одноосных экспериментах. Последнее расхождение объясняется боль-

шим разбросом экспериментальных данных в случае сложного напряженного состояния.

9. Предложена технология изготовления контейнеров для прессования основшшая на использовании свойств ползучести металлов. Лучшее качество работы контейнеров достигается путем создания конструкции, в которой цилиндры с натягом впрессовываются друг

в друга. В процессе работы при высокой температуры натяг падаот. Это падение предотвращается выбором технологической обработки в условиях ползучести, в результате которой дальнейшая ползучесть контейнеров происходит на установившемся участке кривых ползучести.

10. Для выбора оптимального решала оцрессования контейнеров построено решоние задачи Дама в условиях неустановившейся ползучести.

11. В результате исследований созданы контейнеры эксплуатирующиеся на производстве и заменившие импортные контейнеры ФЕТ.

ТЬлько на малых контейнерах для легких прессов получен экономический эффект в 300 тыс.руб.

12. Предложена технология изготовления резьбовых соединений с переменным шагом нарезки, основанная на использовании свойств ползучести металлов. Известно, что нагрузка действующая на резьбу распределяется неравномерно по ее.виткам. Есю нагрузку в основном цринимают четыре первых витка со стороны нагрузки. Пэременный шаг позволяет нагрузке равномерно распределиться по виткам резьбы. Это расцределение определяется выбором технологической обработки в условиях ползучести.

13. В рамках этой же технологии попутно решается задача получен.гя заданной твердости.

14. Предложена технология изготовления труб нефтяного сортамента с повышенной герметизирующей способностью по витком резьбы, в которой используются свойства ползучести металла.

15. Предложенные технологии внедрены на заводах Манавиа-грома и на предприятиях Миннефтегазпрома.

16. Получена технология залечивания трещин цри всестороннем сжатии в условиях ползучести для алюлпниевых сплавов; показало, что образцы получившие упрочнение в условиях объемной ползучести • при одинаковых эксплуатационных нагрузках в 3-4 раза повышают срок службы по сравнению о образцами деформировавшимися из естественного состояния.

17. Предложена технология залечивания трещин в стальных заготовках в условиях одноосного сжатия при ползучести. Срок службы обработанных образцов повышается ва порядок по сравнению о образцами деформировавшимися из естественного состояния.

Публикации по материал an диссертационной работы.

1. A.c. 530221 (СССР). Нагрутащее устройство для испытаний материалов на ползучесть при растязении, совместном с крученном/ Куйбшевский политехнический институт пм.В.В.Куйбышева; авт. пообрет. О.В.Сорокин, В.И.ГЪрелов, Е.К.Кичаев. - Заявл. 12.07.73. Г; 1941435/28; опубл. в Б. И. 30.03.76, ß 36.

2. А. с. 667371 (СССР).'Способ изготовления многослойных сосудов /Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Ку£быгева; авт.изоброт. В.И.Горелов, 0.В.Сорокин, А.И.Стадников, В.Н.Зори-хин. - Заявл. 21.02.75 Л 2107203/25-27; Опубл. в Б. И. 1979, В 22.

3. А.с. 596858 (СССР). Способ испытания образцов на релаксаций напрягеюШ/ Куйбышевский политехнический институт им. В. В. 1!уЁбышева; авт. изобрет. В.И.1Ърелов, 0.В.Сорокин. - Заявл.

19. II. 74, j; 2076532/25-23; Опубл. в Б. И. 05.03.78, Л 9.

4. A.c. Р94436 (СССР). Способ испытании. на релаксацию напряжений резьбового сооданония/ Тольяттинский политехнический институт; авт. изобрат. В.И.Гордлов. - Заявл. 05.03.80, Л 2390191/2528; Опубл. в Б.И. SO. 12.81,'й 48.

5. A.c. I2I9280 (СССР). Способ изготовления резьбового соединения с переменным шагом резьбы/ Всесоюзный научно-исслодователь ский-институт разработки и эксплуатации нефтепромысловых труб;! авт.изоброт. В.И.Горелов, Г.И.Вжовцев, В.Ф. Кузнецов. - Заявл. 18.08.84, Ü 3782029/8. Опубл. в Б. И. 1986, ß II.

6. Вжовцев Г. И., Горелов' В. И. Об одной закономерности в ползучести металлов. - ДАН СССР, 1983, т.273, В 5, с. IQ80-I082.

7. Еыковцав Г. И. , 1Ърелов В. И. Феноменологическое построение кипатическкх уравнения теории ползучести. - ДАН СССР, 1985, т. 283, Я I, с.-55-61.

8. Бережная O.B., Влсовцвв Г.И., 1Ърелов В.И. Построение кинетических уравнений теории ползучести, йзв. АН СССР, UTT, 1988, Л I, с. 147-157.

9. Горелов В. И. Исследование свойств ползучести и возврата у металлов. - йзв. АН СССР. МТТ, 1987, Л 6, с. 137-142.

10. Горелов В. И. Изследование влияний высоких давлений на механические характеристики алюлиниевпх сплавов. — ШГС>, 1984, Л 5, с Л57-158.

11. Горелов В. И. Релаксация напряжений в образцах, подвергнутых осевому растязению - Заводская лаборатория. 1986, т. 52, Л 7, с.65-67.

12. Гэрелов В, И. и др. Экспершентальное исследование условий работы контейнера. - ТЛС, 1975, Л II, с.П-15.

13. Гэрелов В.И., Денисов'.Г.А. Исследование реологических свойств сталей црессового инструмента. - ТЛС, 1984, Л 2, с. 19-22.

14. Горелов В.И., Зорихин В.Н. Технология упрочнения контейнеров для прессования металлов. - ТДС, 1984 Ä 11-12, о.40-43.

15. Горелов В. И. Изследование некоторых закономерностей деформирования диссипативных систем. - В кн. : Механика деформи- ' руемого тела. Вып. 2. Куйбышев, КП7, 1976, с.'66-70.

16. Горелов В. И. Изследование закономерностей упрочнения диссипативных систем. - В кн.: Физика структуры и свойств твердых тел. Куйбышев, IS79, в. 3, с.179-184.

17. Горелов В. И. Исследование айизотропннх свойств упрочнения в ползучести. - В кн.: Физика структуры и свойств твердых тел. Куйбышев, 1977, в.2, с.94-98.

18. Горелов В. И. Исследование закономерностей деформирования диссипативных систем. - В кн. : йгаика структуры и свойств твер-' дых тел. Буйбышов, 1979, в 3, с.I85-I9I.

-4С-

19. 1Ърелов Б.И., Сорокин О.В. Определение коэффициента Цуассона емкостным методом в условиях ползучести. - В кн.: Динамика, прочность, контроль и управление - 70. Е^йбшюв, 1972, с. 233-239.

- 20. 1Ърелов В.И., Сорокин О.В. Шлзучэсть металлов.и сплавов в условиях слокного напряженного состояния. - В кн.: Дана-шка, прочность, контроль и управление - 70. Куйбышев, 1572, с .150-155.

21. Горелов В.И.,Кичаев Е.К. аасиерикэнтальное исследование деформаций ползучести при сложных путях нагрувешя. - В кн. Механика. Иуйбншев, 1975, в.8, с. 148-151.

22. Горелов В.И., Кичаов Е.К. Высокотемпературная ползучест; стали Ш8Н9Т. - В кн.: Механика: (Прочность материалов п деталей машин). Куйбышев, 1974, с. 13-16.

23. 1Ьрелов В. И. фшленошге реологических моделей к изучению ползучести металлов. - В кн.: Механика? (Ерочность материалов

и деталей мааин). Куйбшев, 1974, с. 9-12.

24. Горелов В. И. К вопросу о деформациях полаучести. - В кн Похашпса, теплоэнергетика, автоматика. КуЯбышев, КЕгИ, 1971, с.Ю-13.