Details

Цель работы: разработать методику для проведения многоцикловых испытаний на машине резонансного типа и определить предел усталости высокопрочной стали марки 38ХН3МФА. Для достижения этой цели были выполнены следующие задачи: 1. Разработана методика многоцикловых испытаний, реализующих режим отнулевого растяжения. Спроектирована и изготовлена оснастка для испытаний на испытательной машине резонансного типа. 2. В качестве материала для исследования была выбрана высокопрочная сталь, используемая для изготовления крупногабаритного гребного вала. Для изготовления образцов использовалась проба, вырезанная из натурной поковки на заводе-изготовителе. Однако, вследствие ограниченного объема этого металла, использовался также имеющийся металл баллона высокого давления, изготовленного из той же стали, но имевший другой режим термической обработки. Поэтому часть образцов изготавливалась из этого металла без дополнительной термообработки, другая часть подвергалась дополнительной термической обработке по режиму, использованному для натурной поковки. На образцах с дополнительной термической обработки проведены испытания на растяжения для определения стандартных механических характеристик. Проведен металлографический анализ для обоих режимов термической обработки. 3. Осуществлен предварительный выбор режимов нагружения и проведены испытания образцов с концентратором, изготовленных из натурной заготовки гребного вала на циклической базе 106 – 107 циклов. 4. Проведены многоцикловые испытания из металла с дополнительной термической обработкой и без нее для определения пределов усталости на гладких образцах и образцах с концентраторами. Результаты испытаний были сопоставлены с прогнозируемыми значениями пределов усталости гладких образцов и образцов с концентраторами, определенными по известным литературным данным. Экспериментально полученные оценки пределов усталости оказались выше, чем расчетные значения по формуле Гудмана, но ниже, чем расчетные значения по формуле Петерсона, как для гладких образцов, так и для образцов с концентраторами.

The objective of this thesis is to determine the fatigue limit of high-strength steel grade 38ХН3МФА. To achieve this goal, the following tasks were completed: 1. A multi-cycle testing methodology implementing a zero-tensile mode was developed. Testing equipment for a resonant testing machine was designed and manufactured. 2. The material chosen for the study was high-strength steel used to manufacture a large propeller shaft. Samples were made from a sample cut from a full-size forging at the manufacturers plant. However, due to limited availability ofthis metal, existing metal from a high-pressure cylinder, made of the same steel but subjected to a different heat treatment regime, was also used. Therefore, some samples were made from this metal without additional heat treatment, while others were subjected to additional heat treatment using the same regime used for the full- size forging. Tensile tests were performed on samples subjected to additional heat treatment to determine standard mechanical properties. Metallographic analysis was conducted for both heat treatment regimes. 3. A preliminary selection of loading conditions was performed and tests were conducted on specimens with a stress concentrator, made from a full-scale propeller shaft blank, at a cyclic rate of 106–107 cycles. 4. Multi-cycle tests were conducted on metal with and without additional heat treatment to determine the fatigue limits of smooth specimens and specimens with stress concentrators. The test results were compared with predicted fatigue limits for smooth specimens and specimens with stress concentrators, determined from available literature data. The experimentally obtained fatigue limit estimates were higher than those calculated using the Goodman formula, but lower than those calculated using the Peterson formula, for both smooth specimens and specimens with stress concentrators.