ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА УСТАЛОСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В процессе эксплуатации конструктивные элементы автомобилей испытывают воздействие температур и вибрации. Преобладающее большинство разрушений металлоконструкций вызвано их усталостью. Это обуславливает экономические потери и часто человеческие жертвы от аварий. Поэтому задача обеспечения работоспособности деталей и узлов автомобилей является одной из актуальных в современном автомобилестроении. Для этого нужно знать закономерности поведения металлических материалов при воздействии вибрации, полученных по разным технологиям. Деструкция структуры металла непосредственно сказывается на поведении прогиба образцов, отражающего конкуренцию двух взаимно противоположных явлений – упрочнения и разупрочнения, напрямую влияющих на структурную повреждаемость металла. Статья посвящена изучению кинетики усталостного разрушения автомобильных материалов с использованием тарировки структурных повреждений их поверхности с поведением кривых изменения текущего прогиба при знакопеременном нагружении. В работе рассматриваются автомобильные материалы (стали марок 20XI3, 14Х17Н2, 35ХГСА) и модельные металлы и сплавы (Медь М1, Латунь Л63Т, алюминиевый сплав В95пчТ2) в различном структурном состоянии при циклическом нагружении для пониженных, комнатных и повышенных температур с фиксацией прогиба образца и соответствующих ему структурных повреждений. Показана возможность изучения кинетики усталостной деструкции материала образцов по кривым прогиба, представляющим собой интегральную характеристику деструктивных процессов, протекающих при знакопеременном нагружении. По этим процессам можно отслеживать стадии повреждаемости при усталости металлических материалов – повреждение структуры на начальном этапе, момент появления макроскопической трещины, ее последующее продвижение вплоть до полного разделения конструкционного материала. По ним можно выявить соотношение длительности периода до появления трещины усталости и ее последующего роста, а также определить среднюю скорость продвижения усталостной трещины по телу металлического образца. Важным является также то, что по кривым прогиба можно оценивать кинетику деструкции материалов в условиях, когда прямое изучение структурного состояния поверхности образцов невозможно, например, в условиях криогенных и высоких температур, а также, например, в присутствии коррозионных сред. В сочетании с фрактографическим и металлографическим анализом процесса усталости кривые прогиба позволяют на основании оценки стадий деструкции материалов проводить выбор последних для конструктивных элементов автомобиля с учетом условий его эксплуатации и оптимизацию технологии изготовления деталей с целью повышения ресурса и ремонтопригодности.

1. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

2. Пачурин Г.В., Кудрявцев С.М., Соловьев Д.В., Наумов В.И. Кузов современного автомобиля: материалы, проектирование и производство. - СПб.: Издательство «Лань», 2016. - 316 с.

3. Ivanov, Y.F., Koval, N.N., Gorbunov, S.V., Vorobyov, S.V., Konovalov, S.V., Gromov, V.E. Multicyclic fatigue of stainless steel treated by a high-intensity electron beam: Surface layer structure // 2011. Russian Physics Journal. 54 (5). pp. 575-583.

4. Ivanov, Y.F., Alsaraeva, K.V., Gromov, V.E., Popova, N.A., Konovalov, S.V. Fatigue life of silumin treated with a high-intensity pulsed electron beam // 2015. Journal of Surface Investigation. 9 (5). pp. 1056-1059.

5. Sizov, V.V., Gromov, V.E., Ivanov, Y.F., Vorob'ev, S.V., Konovalov, S.V. Fatigue failure of stainless steel after electron-beam treatment // 2012. Steel in Translation. 42 (6). pp. 486-488.

6. Ивченко А.В., Амбражей М.Ю., Мачуская Н.Д., Кокашинская Г.В. Высокопрочный крепеж класса 8.8. из термомеханически упрочненной катанки // Метизы. 2010. № 01(22). С. 58-63.

7. Furuya Y., Matsuoka S. The Effect of Modified - ausforming on Giga - Cycle Fatigue Properties in Si - Mn Steels // Tetsu to hagane = J. Iron and Steel Inst. Jap. 2003. Vol. 89. №10. рр. 1082–1089.

8. Мойсейчик Е.А. Работа растянутых высокопрочных болтов в элементах стальных конструкций и их склонность к замедленному разрушению // Вестник МГСУ. 2014. № 11. С. 58-67.

9. Lukas P., Kunz L., Navratilova L. et al. Fatigue damage of ultrafine-grain copper in very-high cycle fatigue region//Materials Science and Engineering. 2011. Vol. 528. рр. 7036–7040.

10. Estrin Y., Vinogradov A. Extreme grain refinement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science//Acta Materialia. 2013.Vol. 61. рр. 782–817.

11. Пачурин Г.В. Усталостное разрушение при нормальной температуре предварительно деформированных сплавов. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1990. №10. С. 35-38.

12. Анджело Зинути, Джанкарло Саро. Волочение проволоки на станах // Метизы. 2003. №2(03). С. 41-47.

13. Дзиро Томигана, Кинья Вакимото, Тошимичи Мори, Масаки Мураками, Такафуми Йошимура. Производство катанки с высокой способностью к удалению окалины // Метизы. 2008. № 2(18). С. 32-42.

14. Furuya Y. Visualization of internal small fatigue crack growth // Mater. Lett. 2013. Vol.112. рр. 139–141.

15. Filippov A.A., Pachurin G.V., Naumov V.I., Kuzmin N.A. Low-Cost Treatment of Rolled Products Used to Make Long High-Strength Bolts // Metallurgist. 2016. Vol. 59. Nos. 9-10. January. рр. 810-815.

16. Похмурский В.И. Коррозионная усталость металлов. - М.: Металлургия, 1985. - 207 с.

17. Терентьев В.Ф. Усталость металлических материалов / В.Ф. Терентьев; Отв. ред. Н.П. Лякишев. - М.: Наука, 2003. - 254 с.

18. Сегал Я.С. Использование регистрации прогиба образца для изучения процесса усталости // Прочность металлов при циклических нагрузках: Сб. М.: Наука, 1967. - С. 66-71.

19. Кручинин В.В., Софронов Ю.Д. Изучение скорости распространения усталостных трещин по замерам прогиба образца. // Прочность металлов при циклических нагрузках: Сб. - М.: Наука, 1967. - С. 107-117.

20. Терентьев В.Ф., Петухов А.Н. Усталость высокопрочных металлических материалов. - М.: ИМЕТ РАН, 2013. - 515 с.

21. Терентьев В.Ф., Кораблев С.А. Усталость металлов / В.Ф. Терентьев, С.А. Кораблев; [отв. ред. В.М. Блинов]; Ин-т металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН. - М.: Наука, 2015. - 484 с.

22. Терентьев В.Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов. - М.: Интермет Инжиниринг, 2002. - 288 с.

23. Серенсен С.В., Гарф М.Э., Кузьменко В.А. Динамика машин для испытаний на усталость / С.В. Серенсен, М.Э. Гарф, В.А. Кузьменко. - М.: Машиностроение, 1967. - 460 с.

24. Пачурин Г.В. Коррозионная долговечность изделий из деформационно-упрочненных металлов и сплавов. - СПб.: Издательство «Лань», 2014. - 160 с.