Enhanced assessment of technological factors for Ti-6Al-4V and Al-Cu-Mg strength properties

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 4 2021 125 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Ускоренная оценка влияния технологических факторов на прочностные характеристики Ti-6Al-4V и Al-Cu-Mg Кирилл Захарченко 1, 2, a,* , Владимир Капустин 2, 1, b , Алексей Ларичкин 1, 3, c 1 Институт гидродинамики им . М . А . Лаврентьева СО РАН , пр . Лаврентьева , 15, г . Новосибирск , 630090, Россия 2 Новосибирский государственный технический университет , пр . К . Маркса , 20, г . Новосибирск , 630073, Россия 3 Новосибирский государственный исследовательский университет , ул . Пирогова , 1, г . Новосибирск , 630090, Россия a https://orcid.org/0000-0003-2626-6184 , zaharchenkok@mail.ru , b https://orcid.org/0000-0001-6124-2503, macler06@mail.ru , c https://orcid.org/0000-0002-7306-9522 , larichking@gmail.com Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ). 2021 Том 23 № 4 с . 125–139 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-125-139 Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ) Сайт журнала : http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Методам определения характеристик сопротивления посвящено большое количе - ство работ [1], включая методы , описанные в ГОСТ 25.502–79. В ускоренных методах расчетно - экспериментальной оценки предела ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 539.389:539.43: 620.178.3 История статьи : Поступила : 04 августа 2021 Рецензирование : 16 сентября 2021 Принята к печати : 23 сентября 2021 Доступно онлайн : 15 декабря 2021 Ключевые слова : Ускоренная оценка Циклическое нагружение Упругопластическое деформиро - вание Деформационные характеристики Диссипативные характеристики Метод конечных элементов Финансирование : Исследование выполнено при фи - нансовой поддержке РФФИ и Ново - сибирской области в рамках научно - го проекта № 19-48-543028. АННОТАЦИЯ Введение . Проблема прочности конструкционных материалов при циклических нагрузках имеет важное значение в конструировании . Значительное количество факторов , которые влияют на характеристики сопротивления усталостному разрушению , предопределило создание многочисленных методов , учитывающих это влияние . Неразрушающие методы , основанные на связи физических процессов деградации материала с деформационными характеристиками , позволяют экспериментально оценивать усталостные свойства материалов . Цель работы : анализ процессов диссипации энергии и накопления деформаций , происходящих при неупругом циклическом деформировании образцов на примере титанового сплава ВТ 6 (Ti-6Al-4V) и алюминиевого сплава Д 16 (Al-Cu-Mg) до и после технологического воздействия . В работе экспериментально исследованы физические процессы деградации образцов ( сплавы ВТ 6 и Д 16), которые сопровождают процесс усталостного повреждения материалов при однородном и неоднородном НДС в области концентратора ( в виде отверстия и сварного шва ). Используются типовые режимы выхода на режим усталостных испытаний , позволяющие определить критические напряжения в образце материала – напряжение , при котором происходит изменение физических свойств ( температуры , деформации ) без доведения образцов до усталостного разрушения . Выполнено сравнение критических амплитуд напряжений в цикле для экспериментальных данных и результатов математического моделирования . При помощи метода конечных элементов ( МКЭ ) оценено влияние концентраторов напряжений на значение критических нагрузок , которые способны выдержать деталь после технологической операции . В результате дана оценка влияния эксплуатационно - технологических факторов на величину критических напряжений , определяемых по температуре и деформациям . Сравнительные испытания образцов сплава ВТ 6 и Д 16 с концентраторами напряжений и без концентраторов показали , что амплитуды критических напряжений по сравнению с образцами без концентраторов напряжений снижаются более чем на 30 % у материалов . Проведены малоцикловые усталостные испытания образцов из сплава Д 16. Выполнено математическое моделирование циклического деформирования образцов в пакете MSC.Marc. Обсуждаются результаты испытаний при циклическом нагружении , показывающие , что характеристики технологического процесса уменьшают амплитуды критических напряжений сплавов ВТ 6 и Д 16 и ухудшают усталостные свойства алюминиевого сплава Д 16. Математическое моделирование показало удовлетворительное соответствие с данными экспериментов . Такое соответствие указывает на возможность проведения качественных численных оценок начала накопления неупругой деформации в конструкциях с концентраторами напряжений при циклическом деформировании и возрастающей амплитудой напряжений с использованием классической модели упругопластического материала с упрочнением . Для цитирования : Захарченко К . В ., Капустин В . И ., Ларичкин А . Ю . Ускоренная оценка влияния технологических факторов на прочностные характеристики Ti-6Al-4V и Al-Cu-Mg // Обработка металлов ( технология , оборудование , инструменты ). – 2021. – Т . 23, № 4. – С . 125–139. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-125-139. ______ * Адрес для переписки Захарченко Кирилл Владимирович , к . т . н ., доцент Новосибирский государственный технический университет , пр . К . Маркса , 20, 630073, г . Новосибирск , Россия Тел .: 8 (383) 346-17-64, e-mail: zaharchenkok@mail.ru