НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o061.pdf (1365.95Кб)

УДК 620.178.3

1 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Москва, Россия 2  МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Сопротивление усталости высокопрочных материалов, к которым относится проволока, существенно зависит от состояния поверхности, концентраторов напряжений, неметаллических включений и т.д. Многофакторность процесса накопления повреждений и разрушения при циклическом нагружении затрудняет прогнозирование долговечности конструкционных материалов, поэтому особую значимость имеют испытания на усталость, максимально учитывающие эксплуатационные режимы воздействия напряжений.
Особенность усталостных испытаний проволоки связана со сложностью закрепления образцов и созданием знакопеременных напряжений. В настоящее время нет оборудования, позволяющего провести исследования по изучению циклической прочности проволоки в соответствии с ГОСТ 1579-93. Частично проблема проведения усталостных испытаний проволоки решена при использовании установки, разработанной в ИМЕТ РАН и рассматриваемой в качестве базового варианта. Однако данная установка имеет существенные недостатки: сложный при практической реализации способ регулирования напряжений в образце; несовершенная система подсчета циклов; отсутствие возможности изменения частоты оборотов электродвигателя и соответственно частоты нагружения.
При разработке новой конструкции были модернизированы все основные блоки установки: блок привода; блок регулирования напряжений в образце; блок определения числа циклов до разрушения.
Для изменения напряжений в образце предлагается использовать платформу из полиметилметакрилата с прорезанными изогнутыми каналами различного радиуса. Напряжения в образце зависят от радиуса канала R, диаметра проволоки d и модуля упругости Е материала и могут изменяться в диапазоне 200 – 1200 МПа. Применение станков с ЧПУ при нарезании каналов позволяет регулировать напряжения с точностью ±0,1 МПа.
Разработанная конструкция привода служит для вращения проволоки и дает возможность изменять частоту нагружения в диапазоне 0 – 100 Гц. Показано, что применение замыкающего реле в конструкции привода и переход на электронную систему определения числа циклов до разрушения существенно улучшает повторяемость результатов при усталостных испытаниях.
Проведена оценка эффективности разработки новой техники: анализ показателей качества позволил установить повышение технического уровня новой конструкции по сравнению с базовым вариантом в среднем на 45 %.
Представлены результаты исследований циклической прочности латунированной проволоки из стали 80. Сравнение кривых усталости показывает, что новая установка обеспечивает лучшую повторяемость результатов и приводит к уменьшению показателей вариации в 1,5 – 1,6 раза.

1. Терентьев В.Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. 288 с.
2. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний. Справочник. М.: Металлургия, 1978. 304 с.
3. Электродинамическая испытательная система ElectroPuls E 1000 // Instron : сайт компании. Режим доступа:http://www.instron.ru/wa/product/ElectroPuls-E1000-All-Electric-Instrument.aspx (дата обращения: 06.11.2015).
4. Испытание на усталость и разрушение арматурной проволоки для шин // Instron : сайт компании. Режим доступа:http://www.instron.ru/testing-solutions/by-material/metals/high-cycle-fatigue/tire-reinforcement-wire (дата обращения 06.11.2015).
5. Геминов В.Н., Геров В.В., Колмаков А.Г. Установка для усталостных испытаний тонких проволок: пат. RU 2163716. 199 9 .