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. REFERENCE

2. Pachurin G.V., Kudryavtsev S.M., Solov'ev D.V., Naumov V.I. Kuzov sovremennogo avtomobilya: materialy, proektirovanie i proizvodstvo [The body of a modern car: materials, design and production]. St. Petersburg: Izdatel'stvo «Lan'», 2016, 316 р. (In Russ.).

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. Ivchenko A.V., Ambrazhei M.Yu., Machuskaya N.D., Kokashinskaya G.V. Vysokoprochnyi krepezh klassa 8.8. iz termomekhanicheski uprochnennoi katanki [High strength hardware grade 8.8. from thermomechanically strengthened wire rod]. Metizy. 2010, no. 01(22), рр. 58-63.(In Russ.).

7. Furuya Y., Matsuoka S. The Effect of Modified ausforming on Giga -Cycle Fatigue Properties in Si - Mn Steels. J. Iron and Steel Inst. Jap. 2003, Vol. 89, no. 10, рр. 1082-1089.(In Eng.)

8. Moiseichik E.A. Rabota rastyanutykh vysokoprochnykh boltov v elementakh stal'nykh konstruktsii i ikh sklonnost' k zamedlennomu razrusheniyu [The work of stretched high-strength bolts in the elements of steel structures and their tendency to delayed fracture]. Vestnik MGSU. 2014, no. 11, рр. 58-67.(In Russ.).

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.( In Eng.)

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.(In Eng.).

11. Pachurin G.V. Ustalostnoe razrushenie pri normal'noi temperature predvaritel'no deformirovannykh splavov [Fatigue failure at normal temperature of pre-deformed alloys]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 1990, no. 10. рр. 35-38.(In Russ.).

12. Andzhelo Zinuti, DzhankarloSaro. Volochenie provoloki na stanakh [Wire drawing on mills]. Metizy. 2003, no. 2(03). рр. 41-47.(In Russ.).

13. DziroTomigana, Kin'yaVakimoto, Toshimichi Mori, Masaki Murakami, TakafumiIoshimura. Proizvodstvo katanki s vysokoi sposobnost'yu k udaleniyu okaliny [The production of wire rod with high ability to remove scale]. Metizy. 2008, no. 2(18). рр. 32-42.(In Russ.).

14. Furuya Y. Visualization of internal small fatigue crack growth. Mater. Lett., 2013, Vol. 112, рр. 139–141. .(In Eng.).

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.( In Eng.).

16. Pokhmurskii V.I. Korrozionnaya ustalost' metallov [Corrosion fatigue of metals]. Moscow: Metallurgiya, 1985, 207 p.(In Russ.).

17. Terent'yev V.F. Ustalost' metallicheskikh materialov [Fatigue of metallic materials]. Moscow: Nauka, 2003, 254 p.(In Russ.).

18. Segal YA.S. Ispol'zovanie registratsii progiba obraztsa dlya izucheniya protsessa ustalosti [Using the registration of the deflection of the sample to study the process of fatigue]. In: Prochnost' metallov pri tsiklicheskikh nagruzkakh : sb. [ Durability of metals under cyclic loads: Coll.]. Moscow: Nauka, 1967, рр. 66-71.(In Russ.).

19. Kruchinin V.V., Sofronov YU.D. Izuchenie skorosti rasprostraneniya ustalostnykh treshchin po zameram progiba obraztsa [Study of the propagation rate of fatigue cracks by measuring the deflection of the sample]. In: Prochnost' metallov pri tsiklicheskikh nagruzkakh : sb. [ Durability of metals under cyclic loads: Coll.]. Moscow: Nauka, 1967, рр. 107-117.(In Russ.).

20. Terent'yev V.F., Petukhov A.N. Ustalost' vysokoprochnykh metallicheskikh materialov [Fatigue of high strength metallic materials]. Moscow: IMET RAN, 2013, 515 p. (In Russ.).

21. Terent'yev V.F., Korablev S.A. Ustalost' metallov [Metal fatigue]. In-t metallurgii i materialovedeniya im. A.A. Baykova RAN. Moscow: Nauka, 2015, 484 p. (In Russ.).

22. Terent'yev V.F. Ustalostnaya prochnost' metallov i splavov [Fatigue strength of metals and alloys]. Moscow: Intermet Inzhiniring, 2002, 288 p. (In Russ.).

23. Serensen S.V., Garf M.E., Kuz'menko V.A. Dinamika mashin dlya ispytaniy na ustalost [Dynamics of fatigue testing machines]. Moscow: Mashinostroyeniye, 1967, 460 p. (In Russ.).

24. Pachurin G.V. Korrozionnaya dolgovechnost' izdeliy iz deformatsionno-uprochnennykh metallov i splavov [Corrosion durability of products from strain-hardened metals and alloys]. St. Petersburg: Izdatel'stvo «Lan'», 2014, 160 p. (In Russ.).