Influence of Deformation Parameters of Cylindrical Bodies by Joint Tension and Torsion on the Distribution of Residual Stresses

Abstract

Рассматривается один из методов повышения усталостной долговечности стальных цилиндрических изделий. Он заключается в создании в приповерхностной области изделия благоприятных осевых сжимающих остаточных напряжений за счет предварительного упругопластического деформирования сначала растяжением, а затем, при фиксации полученной при растяжении продольной деформации, кручением. В настоящее время данная упрочняющая технология используется для восстановления работоспособности бывших в эксплуатации, но еще не исчерпавших свой ресурс насосных штанг, также она может быть применена для упрочнения новых насосных штанг и подобных им длинномерных цилиндрических изделий. Авторами проведены исследования, в результате которых технология упрочнения цилиндрических изделий совместным растяжением и кручением была модернизирована. Взамен существующей методики деформирования, включающей однократное кручение изделия, находящегося в состоянии растяжения, рассмотрена новая методика, заключающаяся в реверсивном (знакопеременном) кручении цилиндрического тела, находящегося в состоянии растяжения. Рассмотрены критерии наиболее благоприятного (с позиции дальнейшего повышения усталостной долговечности) распределения по сечению тела остаточных напряжений, созданных в результате предварительного упругопластического деформирования. На основе данных критериев и построенной ранее математической модели упругопластического деформирования определены рациональные режимы упрочнения однородных цилиндрических тел из стали 15Х2ГМФ. Рациональные режимы упрочнения определены для каждой из исследуемых методик деформирования: совместным растяжением и односторонним кручением, совместным растяжением и реверсивным кручением. Путем сравнения расчетных графиков распределения остаточных напряжений по сечению тела показаны преимущества новой разрабатываемой упрочняющей методики. Деформирование совместным растяжением и реверсивным кручением позволяет обеспечить более благоприятное распределение остаточных осевых напряжений по поперечному сечению тела при минимальных значениях остаточных касательных напряжений. Ключевые слова: совместное растяжение и кручение, реверсивное кручение, двухосное деформирование, пластичность, остаточные напряжения, упругопластическое деформирование, сложное нагружение, упрочнение, усталостная долговечность, прочность цилиндрических тел, насосные штанги.