|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
РЕЗУЛЬТАТЫ
КОНТРОЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ТОРСИОНОВ СЕРИЙНЫХ ТАНКОВ
Л. С БАБАШКО, Е. Е. ЗАХАРОВА, Н. С. КУДРЯВЦЕВА, В. С. СЫСОЕВА, Г. А. ЧУМАК, И. X. ШАРИПОВА Вестник бронетанковой
техники, № 3. 1985
По действующему положению в отрасли проводятся периодические контрольные стендовые испытания торсионных валов серийных танков. Значение контрольных испытаний, проводимых по единой методике на одном и том же предприятии, заключается в том, что они позволяют своевременно исправить отдельные случаи нарушения технологии изготовления торсионных валов на заводах, выпускающих основные танки. Проводится два вида испытаний: на усталость при циклическом деформировании кручением и статическое кручение. В первом случае проверяют два вала в месяц (для танка Т-80 — два вала в квартал). Торсионы для испытаний отбирает представитель заказчика в присутствии представителя завода изготовителя. На статическое кручение отбирают один вал в месяц. По результатам этих испытаний определяют экспериментальную характеристику упругости (предел пропорциональности), а также пластичность торсионов, оцениваемую по относительному максимальному сдвигу при кручении γmax (п процентах), который определяется по углу разрушения вала φmax по формуле
γmax = φmax d0 / 2l – 57,3
где d0 – диаметр стержня вала, мм; l – расчетная длина вала, см. Указанные характеристики позволяют оценивать качество термической обработки и комплексного упрочнения торсионов. Известно [1], что долговечность торсионных валов зависит от многих факторов: геометрических размеров, качества термообработки и самого металла, режима поверхностного упрочнения и принятой схемы упрочнения, режима испытания и др. Торсионные валы изготавливают из стали 45ХН2МФА-Ш [2], обрабатывают на высокую прочность σв = 2000...2200 МПа (закалка, отпуск 220±10 °С) и упрочняют по схеме: заневоливание, обкатывание, повторное заневоливание. Однако имеются различия в технологии производства валов различных машин. Поэтому для каждого чертежа торсионного вала режимы испытаний различны (табл. 1). Периодические испытания в течение 22 лет дают богатый материал для анализа долговечности торсионов разных машин (табл. 2). При подсчете средней долговечности учитывалась долговечность валов, доведенных до разрушения или выдержавших более 500 тыс. циклов. Представленные результаты свидетельствуют о том, что
средняя долговечность высокопрочных торсионных валов в 2,5...5 раз выше
требований технических условий на деталь. Максимальная долговечность
колеблется в пределах 866...2 774 тыс. циклов в зависимости от режима
испытания, упрочнения и геометрических размеров торсионов. Однако в отдельные
годы торсионы выдерживали всего 150 тыс. циклов. В 1979, 1980, 1982 гг. были
случаи преждевременного разрушения торсионов 434.51.059/060, в
Таблица 1. Режимы
периодических стендовых испытаний торсионных валов
Например, торсионный вал 172.51016 в
Разрушение валов 434.51.059 в
Таблица 2.
Долговечность кондиционных торсионных валов различных танков
Следует отметить, что уровень выполнения технологии
изготовления торсионов существенно отличается на различных предприятиях. Торсионные
валы танка Т-80, производимые на одном из заводов, выдерживали 687,5 тыс.
циклов в
Немаловажную информацию дает анализ места разрушения
торсионов. В
При обкатывании роликами окалину
вдавливали в поверхность впадин, вызывая местные надрывы, которые затем
становились очагами разрушения. Специально проведенный контроль
технологических параметров процесса обкатывания впадин непосредственно на заводе показал нарушение режима обкатывания:
натяг роликов составлял
вместо
Торсионные валы 434.51.059 наиболее часто разрушаются на
расстоянии 75...
Анализ характера, места разрушения и
долговечности торсионных валов 172.51.016 показал, что в
При разрушении торсионов по шлицевым головкам начальный очаг обычно расположен у поверхности впадины шлица. В одних случаях разрушение торсиона начинается от боковой поверхности шлица и вызвано усталостным разрушением отдельных шлицев от изгибных нагрузок. В других случаях разрушение начинается по впадине и приводит к усталостному разрушению головки вала. Расположение начального очага в поверхностном слое вала определяется тем, что при кручении наибольшие напряжения возникают на поверхности и уменьшаются к сердцевине вала. Поэтому основными факторами, определяющими работоспособность торсиона при циклических нагрузках, являются состояние поверхностного слоя (шлифовочные прижоги, обезуглероженный слой, механические повреждения, коррозия) и качество поверхностного упрочнения роликами. Следует учитывать также большую чувствительность высокопрочных торсионов к различным концентраторам напряжений. Кроме того, период развития усталостной трещины у высокопрочных сталей невелик и составляет примерно 10...20 % от общей долговечности детали [3]. Сопротивление стали зарождению и развитию трещины повышают упрочнением (пластическое деформирование). Упрочнение поверхности является эффективным средством торможения усталостных трещин на начальном этапе их развития [4]. Стендовые испытания показали (табл. 3), что наибольшую долговечность имеют торсионы, начальные очаги разрушения которых расположены под упрочненным слоем на некотором расстоянии от поверхности, и наименьшую – у которых начальные очаги разрушения расположены у поверхности. Различие в долговечности может быть в 1,5...3 раза. Таким образом, не меняя технологии изготовления серийных торсионов, можно повысить их долговечность лишь за счет качественного выполнения обработки поверхности и упрочнения ее обкатыванием.
Таблица 3.
Изменение циклической долговечности в зависимости от положения начального очага
разрушения торсионов, тыс. циклов
Следует отметить, что у торсионных валов, прошедших операцию
деформированного старения мартенсита, начальные очаги разрушения расположены
только на поверхности. Продольное раскатывание валов в этой операции вызывает
появление в тонком поверхностном слое (до
Например, контрольный вал 172.51.016 после первых циклов нагружения имел остаточную деформацию 8°35', в то время как испытывавшийся с ним в паре вал – 0°21'. Отклонений в структуре и твердости деталей не обнаружено. Построены диаграммы кручения торсионных валов:
Анализ этих диаграмм показал, что при закручивании торсионов на 89° остаточная деформация составляет в первом случае 12...13°, во втором 7...8°, в третьем 0°, в четвертом 24…25°, т. е. причина повышенной деформации исследуемого контрольного вала – отсутствие повторного заневоливания. Периодические стендовые испытания подтверждают высокую долговечность высоконагруженных торсионов, которая в несколько раз превышает требования чертежей; колебания долговечности и случаи пониженной работоспособности вызваны нарушением технологии их изготовления. Преждевременные разрушения торсионов по шлицевым головкам обусловлены:
Разрушение валов по стержню и галтелям связано с наличием обезуглероживания и коррозии поверхности, пониженные усилием обкатывания, шлифовочными прижогами, некачественно выполненным перекрытием от обкатывания стержня и галтелей, перегревом металла при термической обработке, а также недостаточным качеством металла.
Вывод. Принятые показатели – долговечность (число циклов до разрушения), остаточная пластическая деформация при циклических испытаниях, пластичность и предел пропорциональности при статическом кручении, место и характер разрушения торсионов, расположение начального очага разрушения — обеспечивают своевременный контроль за соблюдением технологического процесса изготовления торсионных валов на разных предприятиях отрасли.
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|