Коррозионно-усталостная прочность тавровых соединений стали 12Х18Н10Т и методы ее повышения
Приведены результаты испытаний на усталость тавровых соединений нержавеющей стали 12Х18Н10Т на воздухе и в коррозионной среде, а также определено влияние поверхностного упрочнения на повышение прочностных свойств и долговечности сварных элементов крыльевых устройств судов на подводных крыльях....
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102054 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Коррозионно-усталостная прочность тавровых соединений стали 12Х18Н10Т и методы ее повышения / Е.В. Коломийцев // Автоматическая сварка. — 2012. — № 12 (716). — С. 41-43. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102054 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1020542016-06-11T03:02:27Z Коррозионно-усталостная прочность тавровых соединений стали 12Х18Н10Т и методы ее повышения Коломийцев, Е.В. Производственный раздел Приведены результаты испытаний на усталость тавровых соединений нержавеющей стали 12Х18Н10Т на воздухе и в коррозионной среде, а также определено влияние поверхностного упрочнения на повышение прочностных свойств и долговечности сварных элементов крыльевых устройств судов на подводных крыльях. Results of fatigue testing of tee-joints on stainless steel 12Kh18N10T in air and in corrosive medium are presented, and influence of surface strengthening on improvement of strength properties and fatigue life of welded elements of hydrofoil ship wing assemblies is determined. 2012 Article Коррозионно-усталостная прочность тавровых соединений стали 12Х18Н10Т и методы ее повышения / Е.В. Коломийцев // Автоматическая сварка. — 2012. — № 12 (716). — С. 41-43. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102054 621.791.052:620.193.2 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Коломийцев, Е.В. Коррозионно-усталостная прочность тавровых соединений стали 12Х18Н10Т и методы ее повышения Автоматическая сварка |
| description |
Приведены результаты испытаний на усталость тавровых соединений нержавеющей стали 12Х18Н10Т на воздухе
и в коррозионной среде, а также определено влияние поверхностного упрочнения на повышение прочностных
свойств и долговечности сварных элементов крыльевых устройств судов на подводных крыльях. |
| format |
Article |
| author |
Коломийцев, Е.В. |
| author_facet |
Коломийцев, Е.В. |
| author_sort |
Коломийцев, Е.В. |
| title |
Коррозионно-усталостная прочность тавровых соединений стали 12Х18Н10Т и методы ее повышения |
| title_short |
Коррозионно-усталостная прочность тавровых соединений стали 12Х18Н10Т и методы ее повышения |
| title_full |
Коррозионно-усталостная прочность тавровых соединений стали 12Х18Н10Т и методы ее повышения |
| title_fullStr |
Коррозионно-усталостная прочность тавровых соединений стали 12Х18Н10Т и методы ее повышения |
| title_full_unstemmed |
Коррозионно-усталостная прочность тавровых соединений стали 12Х18Н10Т и методы ее повышения |
| title_sort |
коррозионно-усталостная прочность тавровых соединений стали 12х18н10т и методы ее повышения |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102054 |
| citation_txt |
Коррозионно-усталостная прочность тавровых
соединений стали 12Х18Н10Т и методы ее повышения / Е.В. Коломийцев // Автоматическая сварка. — 2012. — № 12 (716). — С. 41-43. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT kolomijcevev korrozionnoustalostnaâpročnostʹtavrovyhsoedinenijstali12h18n10timetodyeepovyšeniâ |
| first_indexed |
2025-07-07T11:45:59Z |
| last_indexed |
2025-07-07T11:45:59Z |
| _version_ |
1836988508875522048 |
| fulltext |
УДК 621.791.052:620.193.2
КОРРОЗИОННО-УСТАЛОСТНАЯ ПРОЧНОСТЬ
ТАВРОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛИ 12Х18Н10Т
И МЕТОДЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ
Е. В. КОЛОМИЙЦЕВ, канд. техн. наук (ПАО ММК им. Ильича, г. Мариуполь)
Приведены результаты испытаний на усталость тавровых соединений нержавеющей стали 12Х18Н10Т на воздухе
и в коррозионной среде, а также определено влияние поверхностного упрочнения на повышение прочностных
свойств и долговечности сварных элементов крыльевых устройств судов на подводных крыльях.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, ММА, ТИГ, нер-
жавеющая сталь, сварные соединения, коррозионная среда,
усталостная прочность, долговечность, поверхностное уп-
рочнение, остаточные напряжения
Нержавеющая сталь аустенитного класса марки
12Х18Н10Т широко используется при изготов-
лении различных сварных конструкций, которые
в процессе эксплуатации подвергаются воздейс-
твию переменных нагрузок. К ним относятся
крыльевые устройства (КУ) судов на подводных
крыльях (СПК), ролики нагревательных печей ме-
таллургических предприятий, сварные узлы из-
делий химического и энергетического машинос-
троения.
В данной работе представлены результаты ус-
талостных испытаний тавровых соединений стали
12Х18Н10Т на воздухе и в морской воде как в
исходном состоянии после сварки, так и после
упрочняющей обработки с применением шарико-
стержневого упрочнителя (ШСУ).
Опыт эксплуатации судов типа «Комета» пока-
зал [1, 2], что трещины в КУ образуются на плос-
костях крыльев, в местах соединения кронштейна
с плоскостью крыла, в кронштейнах гребных ва-
лов [1, 2]. При эксплуатации в условиях Азовского
моря трещины на судах «Комета», «Колхида» об-
разуются в течение 1,5…2 месяцев после ремонта
и через 2…3 недели в условиях Черного моря.
Их приходится исправлять путем разделки и за-
варки дефектных мест, что сопровождается зна-
чительными затратами, связанными как с самим
ремонтом, так и с выводом судна из эксплуатации
в навигационный период.
Долговечность КУ может быть повышена за
счет новых конструктивных решений или путем
технологических операций, к которым относятся,
в частности, упрочняющие обработки, которые
создают в поверхностных слоях напряжения сжа-
тия [3, 4].
Целью настоящей работы является оценка
влияния упрочняющей обработки на долговеч-
ность и прочность КУ судов типа «Комета».
Для этого из листового проката стали
12Х18Н10Т толщиной 12 мм были изготовлены
образцы с тавровыми соединениями, выполнен-
ными ручной сваркой электродами ЭА-400/10У,
а также аргонодуговой сваркой с применением
присадочной проволоки Св-04Х19Н11М3.
Химический состав стали 12Х18Н10Т, мас. %:
0,09 C; 1,52 Mn; 0,71 Si; 18,4 Cr; 10,2 Ni; 0,19
Cu; 0,76 Ti; 0,008 S; 0,018 P, а ее механические
свойства следующие: σв = 588 МПа; σт = 363 МПа;
δ = 55 %.
Испытания проводили на резонансных уста-
новках при консольном изгибе по симметричному
циклу. Частота нагружения составляла 35…45 Гц.
Ширина рабочей части образцов — 100 мм [5].
База испытаний на воздухе составляла 107, в кор-
розионной среде (морская вода) — 3⋅107 циклов.
Предел выносливости, полученный на этой базе,
экстраполировали по уравнению второго участка
кривой коррозионной усталости на базу 108 цик-
лов [6].
Всего было испытано шесть партий образцов,
по десять штук в каждой. Упрочнению подвергали
шов и околошовную зону шириной до 15 мм с
обеих сторон шва. Из разрушенных образцов пос-
леусталостных испытаний изготавливали шлифы,
на которых определяли месторасположение тре-
щины, а также глубину упрочненного слоя. В по-
верхностных слоях, подвергшихся упрочнению,
микротвердость наклепанного металла составила
3220…4240 МПа, тогда как ненаклепанного —
2460…3010 МПа, а глубина упрочненного слоя
— 2 мм.
Результаты испытаний показали следующее.
Предел выносливости при испытаниях на воздухе
образцов, выполненных ручной сваркой (рис. 1),
в результате упрочнения возрос с 90 до 140 МПа,
т. е. в 1,5 раза, долговечность при напряжениях
140…180 МПа — в 14…20 раз.© Е. В. Коломийцев, 2012
12/2012 41
Предел выносливости образцов, выполненных
аргонодуговой сваркой, при испытаниях на воздухе
увеличился со 120 до 150 МПа, т. е. в 1,25 раза,
а долговечность при напряжениях 150…230 МПа
— в 4…8 раз (рис. 2, кривые 1, 3). В коррозионной
среде на базе 107 циклов предел выносливости
увеличился с 100 до 127 МПа, т. е. в 1,3 раза
(рис. 2, кривые 2, 4), долговечность при напря-
жениях 120…140 МПа — в 4…13 раз; на базе
3⋅107 циклов — с 93 до 120 МПа (в 1,3 раза),
долговечность — в 3…13 раз; на базе 108 циклов
(экстраполяция) — с 83 до 110 МПа (в 1,35 раза),
долговечность при напряжениях 110…120 МПа
— в 14…30 раз.
Как видно из рис. 3, на образце, прошедшем
упрочнение, трещина возникла и развивалась не
в месте перехода шва к основному металлу (как
обычно), а с противоположной стороны. Возмож-
но, такой факт зафиксирован впервые.
Приведенные выше данные отличаются от
полученных нами ранее [7], т. е. эффект от на-
ведения сжимающих напряжений в поверхнос-
тных слоях пластическим деформированием про-
является сильнее на стали 12Х18Н10Т, чем на
стали 15Г2ФБ и на тавровых соединениях в боль-
шей мере, чем на стыковых.
Представленные в данной работе результаты
позволяют рекомендовать судовладельцам СПК
использовать упрочняющую обработку с приме-
нением ШСУ для увеличения долговечности и
прочности КУ судов типа «Комета», что снизит
затраты на ремонт и повысит надежность данного
класса судов.
Выводы
1. Усталостная прочность тавровых соединений
стали 12Х18Н10Т, выполненных ручной и арго-
нодуговой сваркой, на базе 107 циклов составила
90 и 120 МПа соответственно.
2. Коррозионно-усталостная прочность тавро-
вых соединений стали 12Х18Н10Т, выполненных
аргонодуговой сваркой, на базе 107 циклов сос-
тавила 100, на базе 108 — 83 МПа.
3. Пластическое деформирование с применением
ШСУ повысило усталостную прочность тавровых
соединений стали 12Х18Н10Т до 140 и 150 МПа
для ручной и аргонодуговой сварки соответственно:
долговечность — в 4…8 раз для соединений, вы-
полненных аргонодуговой сваркой, и в 14…20 раз
для соединений, выполненных ручной сваркой; кор-
розионно-усталостную прочность до 127 МПа на ба-
зе 107 циклов и до 110 МПа на базе 108 циклов,
т. е. в 1,3 раза; долговечность при напряжениях
110…120 МПа была увеличена в 14…30 раз.
4. Упрочняющая обработка КУ СПК с при-
менением ШСУ может быть рекомендована к
внедрению на судоремонтых предприятиях.
1. Зиганченко П. П., Кузовенков Б. П., Тарасов И. К. Суда
на подводных крыльях (конструирование и прочность).
— Л.: Судостроение, 1981. — 205 с.
2. Кузовенков Б. П. Некоторые сведения по повреждаемос-
ти крыльевых устройств // Тр. НТО судпрома. — 1968.
— Вып. 101.
Рис. 1. Кривые усталости тавровых соединений, выполнен-
ных ручной сваркой: 1 — исходное состояние после сварки;
2 — после упрочнения с применением ШСУ
Рис. 2. Кривые усталости тавровых соединений, выполнен-
ных аргонодуговой сваркой: 1 — после упрочнения с приме-
нением ШСУ (воздух); 2 — после упрочнения (СМВ); 3 —
исходное состояние после сварки (воздух); 4 — исходное
состояние (СМВ)
Рис. 3. Расположение усталостных трещин в сварных об-
разцах без упрочнения (а) и после упрочнения с применением
ШСУ (б)
42 12/2012
3. Степанов В. Г., Клестов М. И. Поверхностное упрочне-
ние корпусных конструкций. — Л.: Судостроение, 1977.
— 198 с.
4. Олейник Н. В., Кычин В. П., Луговской А. Л. Поверхност-
ное динамическое упрочнение деталей машин. — Киев:
Техніка, 1984. — 151 с.
5. Коломийцев Е. В., Серенко А. Н. Экспериментальная
оценка сопротивления усталости стыковых соединений
низколегированных сталей в коррозионной среде // Ав-
томат. сварка. — 1985. — № 4. — С. 49–52.
6. Коломийцев Е. В., Карпов И. В. К выбору базы испыта-
ний корпусных сталей на коррозионную усталость // Су-
достроение. — 1986. — № 10. — С. 39–40.
7. Коломийцев Е. В., Серенко А. Н. Влияние ультразвуко-
вой и лазерной обработок на сопротивление усталости
стыковых сварных соединений в воздушной и корро-
зионной средах // Автомат. сварка. — 1990. — № 11. —
С. 13–15.
Results of fatigue testing of tee-joints on stainless steel 12Kh18N10T in air and in corrosive medium are presented, and
influence of surface strengthening on improvement of strength properties and fatigue life of welded elements of hydrofoil
ship wing assemblies is determined.
Поступила в редакцию 04.09.2012
РАЗРАБОТАНО В ИЭС
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ПРОКОВКА
СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Упрочняющая высокочастотная механическая проковка (ВМП) сварных соединений является
развитием технологий поверхностного пластического деформирования металлов и применяется
для повышения служебных характеристик сварных соединений конструкций различного назначения
прежде всего для повышения их сопротивления усталости. Поверхностное пластическое де-
формирование металла при ВМП осуществляется в результате механического импульсного
действия ударных элементов ручного инструмента, возбуждаемых ультразвуковым генератором.
Для упрочнения сварных соединений в целях повышения сопротивления усталости при ВМП
пластическому деформированию подвергается только зона сплавления шва с основным металлом
шириной 4…7 мм.
По сравнению с другими способами поверхностного пластического деформирования сварных
соединений ВМП имеет следующие преимущества: высокую производительность и экономичность;
компактность и мобильность оборудования; незначительную площадь обработки (зона перехода
от металла шва к основному металлу); обработку в произвольном пространственном положении;
возможность прогнозирования эффективности обработки; возможность использования на стадиях
производства и эксплуатации конструкций.
12/2012 43
|