Experimental research of residual stresses kinetics in the hardened hollow cylindrical specimens of D16T alloy at the axial tension under the creep conditions


Cite item

Full Text

Abstract

We study experimentally the effect of the axial tension load on the residual stresses relaxation in the surface-hardened hollow cylindrical specimens of D16T aluminium alloy at a temperature of 125 ℃. The surface is hardened by the air shot-peening. We describe the testing machine and the routine of experiment. The experimental curves of hardened specimens creep under the axial loads 353, 385, 406.2, 420 MPa and test duration of 100-160 hours are obtained. The axial and circumferential residual stresses after the hardening and the creep at the given temperature and load conditions are constructed by the method of circles and strips. The significant qualitative and quantitative changes of residual stresses take place under the tension load $\bar \sigma$ in comparison with the thermal exposure (heat exposal with no load). The relaxation of residual stresses is essentially independent of the thermal exposure. In contrast, the loading leads to the significant residual stresses relaxation and to the changes in the distribution type. The axial and circumferential residual stresses evolve from the compressive to the tension with the increase of the axial tension load. Also the depth of residual stresses location changes with the increase of the axial tension load from the 600 microns in the original state after the air shot-peening to the 250-300 microns after the creep under the given loading. It is very important for the engineering applications to take into account the described behaviours of the residual stresses in the hardened specimens of D16T alloy when predicting the characteristics of endurance of the surface-hardened details operate under the elevated temperatures.

About the authors

Vladimir P Radchenko

Samara State Technical University

Email: radch@samgtu.ru
(Dr. Phys. & Math. Sci.; radch@samgtu.ru; Corresponding Author), Head of Dept., Dept. of Applied Mathematics & Computer Science 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Viktor A Kirpichev

Samara National Research University

Email: sopromat@ssau.ru
(Dr. Techn. Sci.; sopromat@ssau.ru), Professor, Dept. of Strength of Materials 34, Moskovskoye shosse, Samara, 443086, Russian Federation

Valentin V Lunin

Samara State Technical University

Email: luloon@mail.ru
(luloon@mail.ru), Dept. of Applied Mathematics & Computer Science 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Anatoly P Filatov

Samara National Research University

(Cand. Techn. Sci.), Associate Professor, Dept. of Strength of Materials 34, Moskovskoye shosse, Samara, 443086, Russian Federation

Andrey P Morozov

Samara State Technical University

Email: andre15@inbox.ru
(andre15@inbox.ru), Postgraduate Student, Dept. of Applied Mathematics & Computer Science 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

  1. Кравченко Б. А., Круцило В. Г., Гутман Г. Н. Термопластическое упрочнение - резерв повышения прочности и надежности деталей машин. Самара: СамГТУ, 2000. 216 с.
  2. Павлов В. Ф., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочненных деталей по остаточным напряжениям. Самара: СНЦ РАН, 2012. 125 с.
  3. Колотникова О. В. Эффективность упрочнения методами поверхностного пластического деформирования деталей, работающих при повышенных температурах // Проблемы прочности, 1983. № 2. С. 112-114.
  4. Радченко В. П., Кочеров Е. П., Саушкин М. Н., Смыслов В. А. Экспериментальное и теоретическое исследование влияния растягивающей нагрузки на релаксацию остаточных напряжений в упрочненном цилиндрическом образце в условиях ползучести // ПМТФ, 2015. Т. 56, № 2. С. 169-177. doi: 10.15372/PMTF20150217.
  5. Биргер И. А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. 262 с.
  6. Егоров В. И., Митряев К. Ф., Крамаровский Б. И. Релаксация остаточных напряжений в жаропрочных сталях и сплавах / Исследования обрабатываемости жаропрочных и титановых сплавов, Вып. 5. Куйбышев: Куйбышев. авиац. ин-т, 1978. С. 90-96.
  7. Папшева Н. Д. Влияние температуры на устойчивость эффекта упрочнения / Поверхностное упрочнение деталей машин и инструментов. Куйбышев: КПтИ, 1976. С. 68- 71.
  8. Цейтлин В. И., Колотникова О. В. Релаксация остаточных напряжений в деталях ГТД в процессе эксплуатации // Проблемы прочности, 1980. № 8. С. 46-48.
  9. Маталин Л. А. Технологические методы повышения долговечности деталей машин. Киев: Техника, 1971. 144 с.
  10. Гецов Л. Б. Детали газовых турбин (материал и прочность). Л.: Машиностроение, 1982. 296 с.
  11. Гринченко И. Г. Упрочнение деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1971. 120 с.
  12. Радченко В. П., Кирпичев В. А., Лунин В. А. Влияние термоэкспозиции на остаточные напряжения образцов из сплава ЭП742 после ультразвукового упрочнения // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Техн. науки, 2012. № 3(35). С. 147-154.
  13. Khadraoui M., Cao W., Castex L. Experimental investigations and modelling of relaxation behaviour of shot peening residual stresses at high temperature for nickel base superalloys // Materials Science and Technology, 1997. vol. 13, no. 4. pp. 360-367. doi: 10.1179/mst.1997. 13.4.360.
  14. Buchanan D. J., John R. Relaxation of shot-peened residual stresses under creep loading // Scripta Materialia, 2008. vol. 59, no. 3. pp. 286-289. doi: 10.1016/j.scriptamat.2008.03. 021.
  15. Xie L., Jiang C., Ji V. Thermal relaxation of residual stresses in shot peened surface layer of (TiB + TiC)/Ti-6Al-4V composite at elevated temperatures // Materials Science and Engineering: A, 2011. vol. 528, no. 21. pp. 6478-6489. doi: 10.1016/j.msea.2011.04.075.
  16. Foss B. J., Gray S., Hardy M. C., Stekovic S., McPhail D. S., Shollock B. A. Analysis of shot-peening and residual stress relaxation in the nickel-based superalloy RR1000 // Acta Materialia, 2013. vol. 61, no. 7. pp. 2548-2559. doi: 10.1016/j.actamat.2013.01.031.
  17. Prev´ey P., Hornbach D., Mason P. Thermal residual stress relaxation and distortion in surface enhanced gas turbine engine components / Proceedings of the 17th Heat Treating Society Conference and Exposition and the 1st International Induction Heat Treating Symposium; D. L. Milam et.al. ASM, Materials Park, OH, 1998. pp. 3-12, http: //www.lambdatechs.com/documents/219.pdf.
  18. Hoffmann J., Scholtes B, V¨ohringer O., Macherauch E. Thermal Relaxation of Shot Peening Residual Stresses in the Differently Heat Treated Plain Carbon Steel Ck 45 / Proceedings of the International Conference Shot Peening. vol. 3; eds. H. Wohlfahrt, R. Kopp, O. V¨ohringer. Oberursel: DGM Informationsgesellschaft, 1987. pp. 239-246, http://www. shotpeener.com/library/pdf/1987102.pdf.
  19. Радченко В. П., Саушкин М. Н. Прямой метод решения краевой задачи релаксации остаточных напряжений в упрочненном изделии цилиндрической формы при ползучести // ПМТФ, 2009. Т. 50, № 6. С. 90-99.
  20. Радченко В. П., Цветков В. В. Кинетика напряженно-деформированного состояния в поверхностно упрочненном цилиндрическом образце при сложном напряженном состоянии в условиях ползучести // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2014. № 1(34). С. 93-108. doi: 10.14498/vsgtu1313.
  21. Радченко В. П., Саушкин М. Н. Ползучесть и релаксация остаточных напряжений в упрочненных конструкциях. М.: Машиностроение-1, 2005. 226 с.
  22. Радченко В. П., Саушкин М. Н. Математические модели восстановления и релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочненном слое цилиндрических элементов конструкций при ползучести // Изв. вузов. Машиностроение, 2004. № 11. С. 3-17.
  23. Саушкин М. Н., Афанасьева О. С. Исследование процесса релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочненном слое отверстия диска газотурбинного двигателя // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2007. № 2(15). С. 51-59. doi: 10.14498/vsgtu530.
  24. Саушкин М. Н., Афанасьева О. С., Просвиркина Е. А. Оценка релаксации остаточных напряжений в упрочненной вращающейся лопатке при ползучести // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2007. № 1(14). С. 62-70. doi: 10.14498/vsgtu489.
  25. Кирпичев В. А., Саушкин М. Н., Афанасьева О. С., Смыслов В. А. Прогнозирование предела выносливости упрочненных деталей при повышенной температуре // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2010. № 1(20). С. 218-221. doi: 10.14498/ vsgtu789.
  26. Иванов С. И. К определению остаточных напряжений в цилиндре методом колец и полосок / Остаточные напряжения, Вып. 53. Куйбышев: Куйбышев. авиац. ин-т, 1974. С. 32-42.
  27. Иванов С. И. Определение остаточных напряжений в поверхностном слое цилиндра / Вопросы прочности элементов авиационных конструкций, Вып. 48. Куйбышев: Куйбышев. авиац. ин-т, 1971. С. 153-168.
  28. Радченко В. П., Павлов В. Ф., Саушкин М. Н. Исследование влияния анизотропии поверхностного пластического упрочнения на распределение остаточных напряжений в полых и сплошных цилиндрических образцах // Вестн. ПНИПУ. Механика, 2015. № 1. С. 130-147. doi: 10.15593/perm.mech/2015.1.09.
  29. Лунин В. В. Методы расчета напряженно-деформированного состояния и предела выносливости упрочненных цилиндрических деталей с концентраторами напряжений при ползучести: Диссертация.. кандидата технических наук: 01.02.04 / [Место защиты: Пермский национальный исследовательский политехнический университет]. Пермь, 2015. 173 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2016 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».