Разработка процесса лазерного термопластического упрочнения деталей из жаропрочных сплавов

• Автор: Малыхин, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.03.01, 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 158 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Виды упрочняющей обработки жаропрочных конструкционных

сплавов

1.1 Влияние качества поверхности изделий на усталостную прочность

1.2 Общие вопросы регулирования остаточных напряжений

1.3 Термопластический способ упрочнения жаропрочных сплавон

1.4 Лазерная обработка материалов. Применение лазерного нагрева при упрочнении

1.5 Заключение. Цель и задачи исследования

2 Теоретическое исследование напряженного состояния поверхностного слоя деталей из жаропрочного сплава ЭИ8 после ТПУ с использованием лазерного нагрева

2.1 Теплофизические особенности обработки

2.2 Расчет температурных полей и остаточных напряжений
2.3 Определение коэффициента теплоотдачи
2.3.1 Методика планирования эксперимента по определению коэффициента теплоотдачи
2.3.2 Установка для определения коэффициента теплоотдачи
2.4 Расчет температурных полей и остаточных напряжений с помощью метода конечных элементов
2.5 Выводы
3 Установка для упрочнения образцов методом ЛТПУ
3.1 Аппаратура, рекомендуемая для реализации ЛТПУ
3.1.1 Конструктивные особенности лазеров для использования в
технологии ЛТПУ I
3.1.2 Применение волоконнооптических систем транспортировки
лазерного излучения
3.1.3 Подготовка поверхности к нагреву лазерным излучением
3.2 Описание установки для проведения лазерного термопластического упрочнения
3.3 Параметры ЛТПУ
3.4 Методика определения остаточных напряжений
3.4.1 Методика расчета остаточных напряжений
3.4.2 Описание установки для исследования остаточных напряжений
3.4.3 Результаты расчетов остаточных напряжений
3.5 Влияние лазерного термопластического упрочнения на циклическую прочность 1
3.6 Выводы I
Основные выводы по работе
Список использованных источников


Однако в работах [,] показано, что равномерный наклеп образцов из сталей марок ,Х,ХНЗА,ХСА растяжением в области деформаций до % понижает предел выносливости до %. По данным работы [] для образцов из хромоникслсвой стали при деформации растяжением в 1% предел выносливости снижается на 9,5%. Для хромомолибденовой и углеродистой сталей при такой же деформации предел выносливости снижается соответственно на ,7% и ,6%. На снижение сопротивления усталости при равномерном наклепе образцов из титанового сплава ВТЗ-1 указывается в работе []. Отмечено, что при растяжении образцов на 5% предел выносливости снизился на %. Этими исследованиями установлено также снижение статической выносливости при наведении наклепа растяжением на 5%. Кроме того, что некоторая несопоставимость исследований выше указанных работ может быть отнесена за счет различных материалов, применявшихся отдельными исследователями, необходимо отметить отличие в методике изготовления образцов, оказывающей серьезное влияние на процесс испытания. Оказывается, смена порядка проведения операций деформирования и механической обработки существенно влияет на знак и величину остаточных напряжений. Объясняется это отличием физико-механических свойств пластически деформированного в процессе резания тонкого поверхностного слоя от исходного материала. Поэтому в поверхностном слое возникают остаточные деформации и, как следствие, остаточные напряжения. Предварительное деформирование упрочняет материал и его пластические свойства снижаются. Поэтому при обработке материала в упрочненном состоянии формируются растягивающие остаточные напряжения меньшей величины, или, в зависимости от степени упрочнения, сжимающие. Для оценки раздельного влияния наклепа и остаточных напряжений на характеристики усталости были проведены специальные исследования {] образцов из стали 1ХН9Т с различной последовательностью проведения технологических операций их изготовления. Получена количественная опенка доли влияния наклепа (%) и остаточных напряжений (%) на предел выносливости образцов. Весьма интересна точка зрения авторов [,], которые на основании экспериментальных материалов показывают, что сжимающие остаточные напряжения и наклеп не являются определяющими факторами в повышении выносливости деталей, а являются лишь благоприятствующими. Основным фактором, по их мнению, влияющим на усталостную прочность, являются микроповреждения поверхностного слоя в виде линий скольжения или микротрещин, произвольно ориентированных относительно обработанной поверхности. В то же время величины наклепа и остаточных напряжений рассматриваются в качестве косвенных показателей, приближенно определяющих циклическую прочность. Общие вопросы регулирования остаточных напряжений. В процессе изготовления деталей путем правильного выбора геометрии инструментов, режимов резания можно в известной степени оказывать влияние на напряженное состояние поверхностного слоя изделия. Однако не всегда удается создать такие условия, при которых можно было бы получить поверхности с заранее заданными остаточными напряжениями. Гак, при заточке отрицательных передних углов на резцах имеется возможность получить в осевом направлении остаточные напряжения сжатия. В то же время - в тангенциальном направлении, хотя остаточные напряжения могут быть и значительно снижены, все же не удастся изменить их знак. Примерно то же самое может быть сказано и о процессе фрезерования При шлифовании благоприятное напряженное состояние может быть создано лишь при значительном снижении режимов резания. Практически весьма трудно регулировать остаточные напряжения при протягивании, сверлении и т. Введение этой операции имеет своей цепью наведение достаточною уровня сжимающих остаточных напряжений с целью увеличения усталостной прочности. Одновременно с наведением напряжений возникает и деформационное упрочнение (наклеп), степень которого доспи пет величины -%. Последний фактор, как отмечалось ранее, для деталей из жаропрочных сатавов, работающих в условиях повышенных температур, является негативным.