65236

Розробка методів оцінювання технічного стану та залишкової довговічності тривало експлуатованих роликів машин безперервного лиття заготовок

Автореферат

Архитектура, проектирование и строительство

Розливання сталі на машинах безперервного лиття МБЛЗ є основним способом одержання заготовок для виготовлення листового і сортового прокату. Основою роботоздатності МБЛЗ є конструктивна міцність роликів яку понижують поверхневі втомні тріщини...

Украинкский

2014-07-27

279 KB

0 чел.

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ім. Г.В. КАРПЕНКА

МАРУЩАК

Павло Орестович

УДК 620.191.33:539.42:519.23:519.24

РОЗРОБКА МЕТОДІВ ОЦІНЮВАННЯ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ТА ЗАЛИШКОВОЇ ДОВГОВІЧНОСТІ ТРИВАЛО ЕКСПЛУАТОВАНИХ РОЛИКІВ МАШИН БЕЗПЕРЕРВНОГО ЛИТТЯ ЗАГОТОВОК

05.02.10 – Діагностика матеріалів та конструкцій

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Львів – 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя МОН України

Науковий консультант:

доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України

ЯСНІЙ Петро Володимирович, Тернопільський національний технічний університет ім. Івана Пулюя, ректор, завідувач кафедри будівельної механіки

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, чл.-кор. НАН України АНДРЕЙКІВ Олександр Євгенович, Львівський національний університет імені Івана Франка, професор кафедри механіки

доктор технічних наук, професор, чл.-кор. НАН України (Київ), МАЙСТРЕНКО Анатолій Львович, Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, завідувач відділу комп’ютерного матеріалознавства композиційних матеріалів для породоруйнівних інструментів

доктор технічних наук, професор СИВАК Іван Онуфрійович, Вінницький національний технічний університет МОН України, завідувач кафедри технології та автоматизації машинобудування

Захист відбудеться “17” червня 2010 р. об 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.226.01 у Фізико-механічному інституті ім. Г.В.Карпенка НАН України за адресою: 79601, Львів, МСП, вул. Наукова 5.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Фізико-механічного інституту

ім. Г.В.Карпенка НАН України за адресою: 79601, Львів, МСП, вул. Наукова 5.

Автореферат розісланий13травня 2010 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор

Б.П. Русин

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розливання сталі на машинах безперервного лиття (МБЛЗ) є основним способом одержання заготовок для виготовлення листового і сортового прокату. Внаслідок скорочення тривалості металургійного циклу знижуються собівартість продукції, енерговитрати та підвищується вихід високоякісного металопрокату. Основою роботоздатності МБЛЗ є конструктивна міцність роликів, яку понижують поверхневі втомні тріщини, утворені внаслідок технологічних особливостей експлуатації роликів: високі швидкості, циклічні зміни температур, а також прогин на криволінійній ділянці зони вторинного охолодження (ЗВО).

Ролик МБЛЗ є великогабаритною конструкцією, його руйнування важке за наслідками, крім того, зупинка процесу лиття може привести до розривів слябу. Непередбачувані зупинки спричиняють перегрів роликової проводки, внаслідок чого ролики отримують залишковий прогин, що знижує якість слябу і надійність експлуатації МБЛЗ. Тому важливо прогнозувати технічний стан ролика МБЛЗ під час експлуатації та його залишковий ресурс.

Основи досліджень спектру експлуатаційних навантажень, тріщиностійкості і термовтоми матеріалів роликів МБЛЗ закладено у працях О.Є. Андрейківа, О.В. Носоченка, Л.К. Лещинського, Ф.С. Домбровського, Л.В. Буланова, І.В. Іванченка, Л.С. Лепіхова, А.В. Матюхіна, А.Л. Майстренка, О.П. Гопкала, Ю.В. Денисова, В.В. Яковлєва, О.В. Голіциної, М.І. Летавіна, Сивака І.О., P. Revel, С.L. Tsai, D. Le Jeune, Y. Satoh та ін., в яких запропоновано критерії оцінювання граничного стану конструкційних елементів, проаналізовано вплив швидкості безперервного лиття на напружено-деформований стан конструкції. Проте накопичений емпіричний та теоретичний матеріал одержано переважно на лабораторних зразках та розглянуто у вигляді детерміністичних закономірностей. Актуальним залишається проблема врахування деградації та статистичного розкиду властивостей матеріалів роликів МБЛЗ з метою оцінювання їх залишкового ресурсу.

Оцінюванню міцності та довговічності натурних конструкцій  роликів МБЛЗ розрахунково-експериментальними методами присвячені праці Г.В. Константинова, В.М. Шусторовича, А.В. Буторова, В.М. Нісковських, І.Є. Вігдеровича, Л.Г. Корзуніна, А.Д. Беренова, В.І. Тімошпольського, Ю.А. Самойловича. Проте існуючі методики розрахунку залишкової довговічності роликів спричиняють похибки оцінювання ресурсу до 5 разів. Це обумовлено використанням детерміністичних підходів, без урахування розкиду властивостей та експлуатаційної деградації властивостей матеріалів.

Конкретизація властивостей матеріалів роликів МБЛЗ з урахуванням впливу експлуатаційних температур дасть можливість зменшити похибку прогнозування залишкового ресурсу та утримувальної здатності конструкції. Відсутні також конкретні рекомендації щодо оцінювання стану роликів МБЛЗ із урахуванням ієрархічності експлуатаційної деградації матеріалу та поширення втомних тріщин, зокрема :

- надійні методи прогнозування утримувальної здатності матеріалу з урахуванням розкиду механічних властивостей та геометрії втомної тріщини;

- критерії прогнозування граничного стану роликів МБЛЗ з урахуванням швидкості лиття, та зміни характеристик міцності матеріалу ролика.

Таким чином, проблема діагностування технічного стану, прогнозування довговічності та залишкового ресурсу роликів МБЛЗ є актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертації увійшли результати досліджень, отримані здобувачем при роботі над держбюджетними темами Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя, які відповідають пріоритетним напрямкам наукових досліджень України: “Оцінка довговічності елементів конструкцій з алюмінієвих сплавів з тріщиною при нерегулярному навантаженні”, № державної реєстрації 0104U010601 (2005-2006), дисертант – виконавець; “Прогнозування впливу попереднього термомеханічного навантаження на квазікрихку міцність матеріалів корпусів атомних реакторів”, № державної реєстрації 0106U000126 (2006-2008 рр.), дисертант – виконавець; “Втомна міцність крупнозернистої сталі з мікроструктурно малими дефектами”, № державної реєстрації 0105U008841 (2007-2008 рр.), дисертант - відповідальний виконавець; “Ріст тріщин в зварному з’єднанні теплостійких сталей при термоциклічному навантаженні”, № державної реєстрації 0107U004896 (2007-2008 рр.), дисертант - відповідальний виконавець; “Розробка методів прогнозування довговічності металургійного обладнання в умовах високотемпературної втоми”, № державної реєстрації 0107U006982 (2007-2008 рр.), дисертант - відповідальний виконавець; “Розробка методів прогнозування ресурсу і імовірності руйнування відповідальних елементів металургійного обладнання”, № державної реєстрації 0107U006983, дисертант - відповідальний виконавець (2007-2008 рр.); “Розробка методу прогнозування залишкового ресурсу роликів МБЛЗ на стадії зародження та поширення втомних тріщин”, грант Президента України, № державної реєстрації 0107U004213 (2007р.), дисертант-керівник; “Використання детерміністичних та статистичних підходів для оцінки залишкової довговічності конструкцій”, № державної реєстрації 0109U007705, дисертант - відповідальний виконавець (2009-2010 рр.); “Наукові основи підвищення термовтомної тривкості нержавкої сталі шляхом наноструктуризації і контрольованого множинного розтріскування поверхневих шарів”, № державної реєстрації 0109U005863 (2009-2010 рр.), дисертант - відповідальний виконавець; “Розроблення методу підвищення ударної в’язкості теплостійких сталей опроміненням наносекундними лазерними імпульсами”, № державної реєстрації 0109U007705 (2009-2010 рр.), дисертант - відповідальний виконавець.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є виявлення основних закономірностей високотемпературної деградації металів на стадії зародження, коалесценції та поширення втомних тріщин і розроблення методологічних підходів до оцінювання технічного стану і підвищення достовірності прогнозування залишкового ресурсу роликів МБЛЗ.


Поставлена мета реалізується через вирішення таких завдань:

- провести аналіз експлуатаційного поверхневого тріщиноутворення натурних конструкцій роликів МБЛЗ;

- розробити лабораторну методику моделювання експлуатаційної деградації металу роликів;

- дослідити вплив термоциклічного напрацювання роликів МБЛЗ на пластичне деформування металу, встановити його зв’язок зі твердістю сталей та на цій основі розробити метод оцінювання експлуатаційної деградації їх структури, як стадії зародження тріщини;

- сформулювати основні принципи та розробити алгоритм ідентифікації дефектів в межах сітки термічного розтріскування для оцінки їх коалесценції і напряму поширення тріщин;

- удосконалити методику оцінювання напружено-деформованого стану ролика його моделюванням товстостінним циліндром за поверхневого навантаження рівномірно-розподіленим зусиллям;

- виявити вплив температури на механічні властивості металу ролика - статичну тріщиностійкість, ударну в’язкість і швидкість поширення втомних тріщин, як параметрів, що визначають роботоздатність роликів;

- розробити методику діагностування технічного стану (залишкової довговічності) роликів на основі візуальної реєстрації поверхневого тріщиноутворення;

- розробити лазерний ударно-хвильовий метод підвищення ресурсу роликів з поверхневим тріщиноутворенням.

Об’єкт дослідження - ролики МБЛЗ, монометалеві, біметалеві, з наплавленим захисним шаром.

Предмет дослідження – діагностування технічного стану роликів МБЛЗ, оцінювання залишкової довговічності та утримувальної здатності роликів.

Методи дослідження. Дослідження проводились за сумісного використання фізичного, математичного та комп’ютерного моделювання об’єктів досліджень та експериментальних фізичних (густина дислокацій у малокутових межах) та механічних (твердість, мікротвердість) параметрів оцінювання стану ролика МБЛЗ та його металу на лабораторних установках. Основні положення дисертації, сформульовані висновки і рекомендації обґрунтовано із залученням математичних методів теорії імовірності, кінетичної теорії втоми, статистичних методів обробки й аналізу результатів експериментальних досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів.

- розроблено, захищений патентами України, автоматизований спосіб оцінювання швидкості росту втомної тріщини (РВТ), полів деформацій та локальних мезодеформацій у її вершині, в основу якого покладено аналіз і обробка цифрових фотозображень;

- уточнено механізми вичерпування пластичності сталі ролику МБЛЗ в залежності від температурно-силових умов деформування та встановлено кількісний зв’язок між твердістю (мікротвердістю) і густиною дислокацій в малокутових границях, як характеристикою зміцнення матеріалу;

- cтворено методику і програмні засоби ідентифікації сітки поверхневих експлуатаційних тріщин за їх площею, напрямком поширення та довжиною;

- вивчено методом скінчених елементів (МСЕ) напружено-деформований стан вздовж фронту півеліптичної тріщини в ролику за експлуатаційної схеми навантажування;

- досліджено вплив експлуатаційних температур на кінетику РВТ за робочої частоти навантаження, встановлено взаємозв’язок між макро-, мезо- і мікромеханізмами поширення втомної тріщини;

- оцінено граничний стан ролика на основі імовірнісних підходів та характеристик тріщиностійкості і на цій основі розроблено алгоритм та програмне забезпечення чисельного моделювання довговічності конструкції;

- оцінено вплив технологічних параметрів неперервного лиття і матеріалу заготовки на імовірність руйнування монометалевого ролика МБЛЗ з поверхневою тріщиною;

- розроблено метод підвищення довговічності ролика з ферито-мартенситних сталей  поверхневою лазерною обробкою.

Практичне значення одержаних результатів.

Запропоновано нові методи прогнозування залишкової довговічності та тримкості роликів МБЛЗ.

Розроблено розрахункові алгоритми для експрес-оцінки стану поверхні ролика МБЛЗ за характеристиками сітки розтріскування із використанням чисельного аналізу та прогнозування переходу процесу множинного розтріскування до стадії поширення магістральної тріщини.

Результати дисертаційної роботи впроваджено:

- в частині оцінювання впливу підвищених температур на тріщиностійкість та ударну вязкість негомогенних матеріалів використовуються ДКТБ Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, дов. № 175/22.

- в частині методів та програмних засобів ідентифікації сітки поверхневих експлуатаційних тріщин ролика МБЛЗ, та впливу експлуатаційних температур на кінетику росту втомних тріщин використовуються у ВАТ «Алчевський металургійний комбінат», дов. № 02-067/2-24.

- в частині виявлених механізмів вичерпування пластичності теплостійких сталей в залежності від температурно-силових умов навантажування і розроблених підходів прогнозування граничного стану роликів МБЛЗ із тріщиноподібними дефектами використовуються у ВАТ «Дніпровський металургійний комбінат ім. Ф.Е. Дзержинського», дов. № 09-192 та ВАТ «МК Азовсталь», дов. 014ис/440.

Достовірність результатів експериментальних досліджень ґрунтується на використанні сучасних методик випробувань та математичних методів статистики, а теоретичні дослідження проведені з використанням науково-обґрунтованих розрахункових схем, сучасних математичних методів та обчислювальних засобів. Результати теоретичних та експериментальних досліджень, одержаних автором та іншими дослідниками, якісно та кількісно узгоджуються.

Особистий внесок здобувача. Внесок здобувача в отриманих результатах полягає в тому, що всі положення, які становлять суть дисертації, були сформульовані і вирішені самостійно. В публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачеві належать: В публікаціях, написаних в співавторстві, здобувачеві належать: автоматизований спосіб оцінювання швидкості РВТ, полів деформацій, величини локальних мезодеформацій у її вершині, що полягає у обробленні цифрових фотозображень [1,17,18,29,42,43,45]; оцінювання впливу температурно-силових параметрів деформування на механізм вичерпування пластичності сталей роликів МБЛЗ [1,4,5,14,16,20,22,26,28,31,32,34,35,37]; методика ідентифікації сітки експлуатаційних тріщин на поверхні ролика МБЛЗ [1,3,9,11,12,23,30,33,38,39,41,46,47,48]; оцінювання закономірностей розподілу КІН вздовж фронту півеліптичної тріщини за експлуатаційної схеми навантажування ролика [1,13,15,24]; виявлені основні закономірності впливу експлуатаційних температур на кінетику поширення втомних тріщин за робочої частоти навантаження та взаємозв’язок між макро-, мезо- і мікромеханізмами поширення втомної тріщини [2,12,21,28]; оцінювання ймовірності руйнування ролика МБЛЗ з тріщиною за статичного навантаження на основі аналізу рівноважного стану за двопараметричним критерієм руйнування з урахуванням статистичного розподілу характеристик механічних властивостей матеріалів [6-8,10,15,19,36]; розробка алгоритму та програмного забезпечення чисельного моделювання довговічності роликів МБЛЗ і оцінювання впливу технологічних параметрів процесу безперервного лиття і властивостей матеріалу заготовки на імовірність руйнування монометалевого ролика МБЛЗ з поверхневою тріщиною [6-8,19,27,36]; запропонований метод підвищення довговічності ролика з ферито-мартенситних сталей поверхневою лазерною обробкою [2,25].

Спільно з науковим консультантом здійснено постановку задач, аналіз та трактування результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались на Всеукраїнській науковій конференції “Сучасні проблеми механіки” (Львів, 2005), 13-му міжнародному колоквіумі «Механічна втома металів» (Тернопіль, 2006), 2-й междунар. науч.-техн. конф. «Современные методы и приборы контроля качества и диагностика состояния объектов» (Могилев, 2006), VI междунар. науч.-техн. конф. «Современные проблемы машиноведения» (Гомель, 2006), 7-го междунар. научно-техническом семинаре «Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки, сборки и ремонта в промышленности и на транспорте» (Свалява, 2006), XVII Петербургских чтениях по проблемам прочности (Санкт-Петербург, 2006), 8-й міжнар. симпозіумі інженерів-механіків у Львові (Львів, 2007), 7-й междунар. науч.-техн. конф. «Инженерия поверхности и реновация изделий» (Ялта, 2007), междунар. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций: модели, методы, решения» (Самара, 2007), 5th International Сonference «Materials Structure & Micromechanics of Fracture» (Brno, 2007) 13th International conference on Experimental Mechanics “Experimental Analysis of Nano and Engineering Materials and Structures” (Alexandroupolis, 2007), 7-му українсько-польському науковому симпозіумі “Актуальні задачі механіки неоднорідних структур” (Львів, 2007), 7-й междунар. науч.-техн. конф. «Взаимодействие излучений с твердым телом» (Минск, 2007), VI междунар. науч.-техн. конф. «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта» (Новополоцк, 2007), междунар. науч.-техн. конф. «Фізико-хімічні основи формування і модифікації мікро- та наноструктур» (Харків, 2008), WSEAS Int. conf. "Sustainability in Science Engineering" (Timisoara, 2009), міжн. конф. «Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій» (Львів, 2009), Int. conf. «In-service damage of materials, its diagnostics and prediction» (Ternopil, 2009).

В цілому робота обговорювалася на наукових тематичних семінарах:

- університетському семінарі Тернопільського національного технічного університету ім. Івана Пулюя «Прикладна механіка і математика»;

- семінарі відділу корозійно-водневої деградації та захисту матеріалів Фізико-механічного інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України;

- семінарі відділу міцності зварних конструкцій Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України;

- семінарі відділу комп’ютерного матеріалознавства композиційних матеріалів для породоруйнівних інструментів Інституту надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України;

- семінарі відділу фізичних основ міцності і руйнування Інституту проблем міцності ім. Г.С. Писаренка НАН України;

- об’єднаному науковому семінарі при спец. раді Д12.105.01 Донбаської державної машинобудівної академії;

- інститутському семінарі Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України «Фізичні поля в неоднорідних середовищах та неруйнівний контроль матеріалів»;

На усіх зазначених семінарах робота одержала позитиву оцінку.

Публікації. Основні результати досліджень, які відображені в дисертації, опубліковано у 48 публікаціях, з них 1 монографія, 30 – статей у фахових наукових журналах і збірниках, внесених до переліку ВАК України, 7 – статей у закордонних рецензованих виданнях, 5 - патентів, 5 – праць у збірниках міжнародних наукових конференцій.

Структура та об’єм роботи. Дисертаційна робота містить вступ, сім розділів, висновки і список використаних джерел. Загальний обсяг дисертації становить 265 сторінок, вона містить 106 рисунків, 42 таблиць, а також бібліографічний список із 224 найменувань.

основний зміст роботи

У вступі розкрито суть і стан вивчення науково-технічної проблеми забезпечення надійної експлуатації роликів МБЛЗ за умов високотемпературної втоми, показано актуальність і обґрунтовано перспективи розроблення підходів до оцінки залишкового ресурсу роликів МБЛЗ з використанням методів механіки руйнування. Сформульовано мету, завдання і методи досліджень. Описано наукову новизну одержаних результатів, їх обґрунтованість, достовірність та практичне значення. Наведено дані про апробацію роботи, публікації, що відображають її зміст, означено внесок здобувача в публікаціях підготовлених за участі співавторів.

У першому розділі проаналізовано використання різних груп матеріалів для виготовлення роликів МБЛЗ, умови експлуатації конструкцій, причини деградації та зняття з експлуатації, підходи до оцінки залишкового ресурсу.

Проведений аналіз свідчить, що на сучасному етапі немає загальноприйнятої дієвої методики діагностування та прогнозування експлуатаційної довговічності роликів МБЛЗ. Таким чином, для надійної та ефективної роботи МБЛЗ необхідним є проведення більш детальної оцінки деградації матеріалів роликів МБЛЗ і розроблення досконалих методів прогнозування їх довговічності та залишкового ресурсу. На основі аналізу сформульовано мету і задачі досліджень.

Другий розділ присвячено розробленню методик та засобів експериментального дослідження деградації матеріалів роликів МБЛЗ.

Об’єктом досліджень були матеріали трьох базових конструкцій ролика. Перша передбачала монометалевий ролик зі сталі 25Х1М1Ф, інша біметалевий ролик одержаний методом відцентрового лиття із почерговим заливанням шарів 15Х13МФ/25Х1М1Ф, третя – з наплавленим захисним шаром 18Х11МНФБ/35Г2.

Стан експлуатованих роликів вивчали на Маріупольському металургійному комбінаті ім. Ілліча та металургійному комбінаті «Азовсталь». Брали до уваги, що в процесі експлуатації термомеханічній втомі підлягає поверхневий шар товщиною біля 5 мм, тоді як глибші шари – звичайній механічні втомі за підвищених температур від зовнішнього навантаження.

Експлуатаційну деградацію поверхні ролика моделювали термоциклуванням циліндричних зразків діаметром 5 мм в діапазоні температур 13 - 500 oС різною кількістю циклів до 2500 циклів, що приблизно відповідає стадії зародження тріщини у часі експлуатації ролика, при цьому реєстрували розподіл температури на поверхні зразка. Зміну стану металі в результаті термоциклування оцінювали за твердістю та мікротвердістю, а також за характеристиками міцності і пластичності, реєструючи діаграму деформування за спеціальною методикою А.О. Лебедєва, М.Г. Чаусова, яка дає можливість за спадною ділянкою діаграми визначати статичну тріщиностійкість матеріалу. Під час такого експерименту вимірювали поздовжню та поперечну деформацію зразка з метою визначення інтенсивності розпорошеної пошкодженості матеріалу.

В загальному характеристики міцності і пластичності, а також статичної і циклічної тріщиностійкості визначали за температур 20, 375, 600 oС у термокамерах. Визначали середнє значення твердості та мікротвердості, а також характеристики їх розкиду з метою оцінки пошкодженості матеріалу за методом А.О. Лебедєва, М.Р. Музики.

Для матеріалу монометалевого ролика визначали на компактних зразках статичну і циклічну тріщиностійкість, а для біметалевого ролика – на призматичних зразках з бічних надрізом циклічну тріщиностійкість. Схему вирізання і форму зразків вибирали з умов моделювання поширення експлуатаційної тріщини в ролику МБЛЗ.

Ударну в’язкість визначали на зразках Шарпі, в окремих випадках з визначенням енергії зародження і поширення тріщин. Вивчали мікроструктуру матеріалів та злами зразків відповідно на електронному просвічувальному та скануючому мікроскопах.

У третьому розділі проаналізовано експлуатаційне поверхневе тріщиноутворення. Виявлено, що у ролику внаслідок термоциклічного навантаження формується зовнішній шар деградованого матеріалу глибиною до 5 мм, а місцями зародження тріщин розпалу є пластичні зсуви субзерен.

Розтріскування поверхні ролика відбувається внаслідок термічної втоми, зумовленої періодичним контактом із розжареним металом (1100-1200 oС) та охолодженням в пароводяній атмосфері. Температура поверхні ролика змінюється від 600 oС у зоні контакту до 375 oС в зоні охолодження. Досліджено топологію поверхневих тріщин в суцільнокованому ролику МБЛЗ зі сталі 25Х1М1Ф, виведеної з експлуатації після 4500 плавок, рис. 1

а

б

в

Рис. 1. Схема вирізання фрагмента ролика МБЛЗ діаметром 320 мм а; вирізання темплета б; досліджуваних поверхонь і тріщин в

Вивчали глибину та пошаровий розподіл тріщин у ролику діаметром робочої частини D = 320 мм, що експлуатувався протягом 4500 плавок без переточування. Проведено статистичний аналіз розмірів тріщин, визначено питому вагу кожної з груп тріщин  у площині, що проходить через вісь зразка  та  площині, перпендикулярній до осі ролика.

Розміри поверхневих тріщин визначали на шліфованих торцевих (А, В) та бічних (F, G) поверхнях темплетів довжиною Æ220 мм, висотою hmax = 40 мм і товщиною b = 5 мм, які були вирізані вздовж осі ролика та у радіальному напрямку (рис. 1).

Встановлено, що, найінтенсивніше деформування, вичерпування пластичності матеріалу та тріщиноутворення на поверхні ролика відбувається в напрямках перпендикулярно і вздовж до осі ролика. Дослідженнями взаємозв’язку глибини та довжини тріщин у площинах, що проходять через вісь ролика та перпендикулярних до осі (рис. 2) показано, що тріщини в площині перпендикулярній до осі ролика в 1,5...1,8 рази глибші за осьові.

Рис. 2. Залежність глибини тріщини від її довжини на поверхні в осьовій площині — 1 та

радіальній площині, перпендикулярній до осі ролика — 2-4  (за даними Л.К. Лещинського,

1995 і Л.В. Буланова, 2003 — 4 та виявлені — 1,3)

Виявлено, що незалежно від орієнтації площини тріщини (осьова чи перпендикулярна до осі ролика) коефіцієнт форми тріщини (відношення глибини тріщини до її довжини на поверхні) зменшується зі збільшенням глибини тріщини.

У четвертому розділі досліджено вплив високих температур на характеристики міцності і пластичності. На діаграмі деформування стали 25Х1М1Ф можна виділити дві характерні ділянки. Зокрема при температурі випробувань T =20 oС (діл. І) відсутнє деформаційне зміцнення матеріалу, а після e =11% (діл. ІІ) спостерігали ділянку знеміцнення протягом 10%, рис. 3. На другій стадії деформації  відбувається макролокалізація руйнування. При високій температурі випробувань на діаграмі деформації з'являється ділянка текучості, рівень напружень течіння падає майже у 2 рази.

а

б

Рис. 3. Діаграми деформування сталей 25Х1М1Ф і 15Х13МФ при 20oС (1) і 600oС (2)

Передставлення деформування теплостійких сталей у дійсних координатах вказує на зростання твердості (мікротвердості), що відповідає лінійному зростанню густини дислокацій у малокутових межах. Зі збільшенням пластичної деформації розтягом ферито-перлітної сталі 25Х1М1Ф при температурі 600 oС сіткова і частково коміркова дислокаційна структура із збільшенням деформації перетворюється в клубкову та коміркову не розорієнтовану, коміркову розорієнтовану та частково фрагментовану, утворюються ділянки повністю фрагментованої дислокаційної структури. Деформування розтягом ферито-мартенситної сталі 15Х13МФ супроводжується збільшенням непаралельності дислокаційних субграниць і зменшенням відстані між субграницями, подрібненням зерен мартенситу, збільшенням фрагментації рейок дислокаційного мартенситу. Із збільшенням величини дійсного поперечного звуження зростає твердість і мікротвердість матеріалу обох досліджених сталей, рис. 4.

a

б

Рис. 4. Залежність твердості (a), та мікротвердості (б) сталей 25Х1М1Ф (1) і 15Х13МФ (2) від дійсного поперечного звуження зразків.

Максимальна інтенсивність зростання спостерігається при температурі 20 oС, мінімальна - при 600 oС. Із зростанням температури деформування збільшується пластичність та активуються процеси термічного повороту, що полягають в деякій ліквідації нерівноважного надлишку точкових дефектів та перебудові дислокаційної структури, що обумовлює меншу інтенсивність зростання твердості. Залежність мікротвердості сталей 25Х1М1Ф та 15Х13МФ від величини дійсного поперечного звуження у відносних координатах , незалежно від температури випробування, знаходиться в межах однієї смуги розкиду. Граничне зміцнення сталей 25Х1М1Ф та 15Х13МФ в умовах деформування розтягом характеризується граничною мікротвердістю за досліджених температур випробувань.

Рис. 5. Залежність коефіцієнта варіації мікротвердості сталей 25Х1М1Фл (а) та 15Х13МФл (б) від пластичної деформації за температур 200С (1), 3750С (2), 6000С (3).

Сталь 25Х1М1Ф при деформуванні розтягом руйнується в’язко за ямковим механізмом незалежно від температури (20...600 oС ), а сталь 15Х13МФ при 20 oС - за механізмом внутрішньозеренного відколу з формуванням фасеток, у вигляді кристалічних ділянок, при 375 oС  механізм руйнування стає змішаним з поєднанням в’язкого і квазікрихкого механізмів, а при +600 oС руйнування стає практично повністю в’язким за механізмом ямкового відриву. Глибина ямок і висота гребенів є невеликими, порівняно зі сталлю 25Х1М1Ф, що свідчить про малу пластичність при руйнуванні сталі 15Х13МФ. Поверхня руйнування сталі 25Х1М1Ф являє собою рівновісні ямки приблизно однакового розміру утворені злиттям мікропор. Із зростанням температури випробувань збільшується кількість великих ямок, а також зростає глибина ямок і висота гребенів.

Виявлено, що із збільшенням температури випробувань зростає питома робота руйнування сталей 15Х13МФ і 25Х1М1Ф, причому, для сталі 25Х1М1Ф зростання відбувається набагато інтенсивніше, що пов’язано з характером мікроструктурних перетворень в умовах пластичної деформації за високих температур. Виявлено, що зі збільшенням величини пластичної деформації коефіцієнт варіації мікротвердості пластично деформованих сталей зростає і за певних значень деформації виходить на горизонтальну ділянку. Це обумовлено більш рівномірними структурними змінами та зменшенням ступеня локалізації пластичної деформації.

Оцінено вплив термоциклічного напрацювання на тонку структуру матеріалу, механізм та деградацію властивостей сталей. Роль поверхні протягом циклічного термоциклування визначається тим, що вона знаходиться в особливих енергетичних умовах, що спричиняє незворотні зміни властивостей і структури, рис 6.

Виявлено, що із зростанням термоциклічного напрацювання мікротвердість поверхневого шару зростає, водночас в зразку відбуваються процеси термічного повороту, що приводить до зниження мікротвердості матеріалу від поверхні до центральної частини, рис. 6.

а

б

Рис. 6. Залежність твердості (а), та мікротвердості (б) сталі 25Х1М1Ф від термоциклічного напрацювання

Аналіз стану металу після його термоциклічного напрацювання проводили з врахуванням обставини, що поверхневі шари піддаються термомовтомі, тоді як внутрішні – тільки циклічному навантаженні. Кожному з них властиві свої механізми пружно-пластичного течіння поверхневих шарів матеріалу, вичерпування пластичності та розвитку пошкодженості, а з відси і відмінності у характеристиках пружності.

Така особливість передбачає узгоджене деформування матеріалів з різними характеристиками, якими є поверхневий шар і внутрішній об'єм матеріалу, що обумовлює перерозподіл напружень і деформацій на межі «поверхневий шар – під ложка (основа)» та визначає мезомеханіку його руйнування за статичного розтягу.

Так, після термоциклічного напрацювання в матеріалі частково втрачається пластичність, накопичується неоднорідність окремих локальних зон металу, рис. 7.

Рис. 7. Вплив термічного напрацювання на деформацію розпушування сталі із збільшення ступеня деформування 1- e = 10%, 2- e = 20%, 3- e = 25%

Характер кривих eр - N свідчить про те, що процес розпушення матеріалу після N = 1000...2000 термоциклів знижується. Із зростанням термоциклічного напрацювання значну роль відіграють процеси термічного повороту, обумовлені перерозподілом дислокацій, набуттям ними енергетично вигідніших конфігурацій. За N=2500 термоциклів на міжфазних межах матеріалу виникають субмікроскопічні несуцільності (мікропори). За зміною деформації розпушення оцінено кінетику накопичення мікропошкоджень, рис. 8. Для зразків з напрацюванням в 2500 циклів за загальної деформації 30 % значення деформації розпушення сягає 20 %.

Рис. 8. Залежність деформації розпушування від відносної деформації зразка після термоциклічного напрацювання 1- вихідний стан; 2,3,4 – 1000, 2000, 2500 термоциклів відповідно

Для зразків з напрацюванням 1000 та 2000 циклів за однакової повздовжньої деформації значення деформації розпушення знаходиться в межах 7,2% і 3,2% відповідно. Спільним для усіх випробуваних зразків є те, що в процесі деформування коефіцієнт поперечної деформації зменшується, що свідчить про інтенсивний процес накопичення пошкоджень.

У п’ятому розділі на основі моделі зв’язності розроблено і реалізовано алгоритми виділення елементів сітки експлуатаційних тріщин на аналізованому зображенні. Алгоритм є універсальним та дає можливість аналізувати ділянки із сітками тріщин термовтоми різної довжини, рис. 9.

Пошкодженість поверхні визначено за густиною тріщин dc (мм–2):

, (1)

де Ssurf – аналізована площа поверхні, мм2; Nsurf – кількість поверхневих тріщин на визначеній ділянці.

а

б

Рис. 9. Основні принципи автоматизованого аналізу розтріскування поверхні ролика МБЛЗ: а – блок-схема алгоритму обробки даних; б – фрагмент аналізованого зображення сітки тріщин; в фрагмент накладання каркасної сітки із визначенням вузлових точок

Відносну частку розтріскування визначали як відношення сумарної площі проекції тріщин на поверхні до площі досліджуваної ділянки:

 (2)

де  – сума площ тріщин термовтоми, виявлених на аналізованому зображенні, мм2.

Встановлено кількісні характеристики дисипативних структур (сітки тріщин) на поверхні ролика із гранично допустимими експлуатаційними пошкодженнями. Побудовано кумулятивні функції розподілу довжин тріщин на поверхні МБЛЗ у припущенні їх логарифмічного закону розподілу.

а

б

Рис. 10. Результати аналізу дослідженої поверхні: а - переважний напрям орієнтації тріщин термовтоми в межах аналізованої поверхні; б - розподіл прямолінійних фрагментів за довжиною у відносних величинах (L = 0,7 мм).

Запропоновано метод оцінювання пошкодженості поверхні, який ґрунтується на чисельному аналізі орієнтації тріщин та визначення питомої ваги площі розтріскування (сукупності тріщин) (ф-ли 1,2). Метод комп’ютерної обробки зображень дає можливість ідентифікувати “об’єднані” та одиночні тріщини, визначаючи таким чином ступінь коалесценції пошкоджень. Запропоновані підходи підвищують достовірність експрес-діагностування стану поверхні як кількісного аналізу пошкодження ролика МБЛЗ тріщинами термовтоми.

Розглянуто загальну структуру програми для отримання, обробки, аналізу і документування цифрових зображень в оптично-цифровій діагностиці. Проаналізовано основні компоненти алгоритму розпізнавання положення тріщин, проведено його дослідження на ряду натурних зображень поверхні ролика МБЛЗ. Обґрунтовано точність ідентифікації тріщин, до 1 пікс., проаналізовано спотворення, які виникають на кожному з етапів обробки даних. Розроблено рекомендації оптимізації параметрів алгоритму діагностування: властивостей фільтра, границя фону та величина дискретизації каркасної сітки.

У шостому розділі досліджено вплив експлуатаційних факторів на тримку здатність ролика МБЛЗ. Ґрунтуючись на працях О.П. Гопкала, згідно яких криві росту втомних тріщин (РВТ) термомеханічного навантажуванні лежать між даними ізотермічних випробувань за максимальної та мінімальної температур термічного циклу, досліджували циклічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф і побудовано кінетичну діаграму втомного руйнування матеріалу ролика за експлуатаційних температур 20, 375, 600 oС.

Фрактографічними дослідженнями виявлено формування втомних борозенок на плоских терасах, орієнтація яких зумовлена головною площиною руйнування в зернах. Із зростанням швидкості РВТ збільшується крок втомних борозенок та з’являються вторинні мікротріщини, змінюється мікромеханізм втомного руйнування - мікрорельєф зламів формується з ямкового рельєфу і втомних борозенок. Досліджено взаємозв’язок між макро- і мікрошвидкістю РВТ ферито-перлітної сталі 25Х1М1Ф за умов високотемпературного низькочастотного циклічного навантажування, що можна використовувати при експертизі експлуатаційних руйнувань роликів.

Розроблено метод цифрового діагностування  деформації та поворотного компонента тензора дисторсії на основі обробки цифрових фотозображень. Встановлено, що на мезорівні рух магістральної тріщини відбувається за схемою “зсув-поворот-відрив”, подібною до схеми “зсув-відрив”. Траєкторія втомної тріщини визначається міждоменними межами, розміщеними нормально до осі прикладання сили. Із зростанням КІН межі зони витягування зорієнтовуються під кутом 45o та 135o до осі навантаження, а трансляційно-ротаційна структура охоплює весь переріз зразка, що викликає зародження в даних смугах мікротріщин, які сприяють проростанню магістральної тріщини.

Сформульовано підходи до аналізу граничного стану ролика МБЛЗ із експлуатаційним дефектом, схематизованим відповідно до підходів лінійної механіки руйнування.

Оцінювання питомої частки температурних та механічних напружень у КІН обчислювали стрілу прогину ролика за механічного та термічного впливів за методикою І.Ф. Іванченка, Е.Г. Благодиря та ін. Виявлено, що прогини роликів внаслідок температурного та механічного впливу співвідносяться як ft/fm = 0,31. Враховуючи, що в умовах пружного деформування величина деформації, прогину прямо пропорційна прикладеному зусиллю (напруженню) можна припустити, що відношення КІН від температурних напружень і механічних напружень буде дорівнювати Kt/Km = ft/fm = 0,31. Зважаючи на одержані результати проведено обчислення КІН за консервативною схемою, водночас якщо враховувати вплив температур, то одержані значення КІН будуть меншими на 31%. Зовнішній діаметр циліндра D = 0,32 м, внутрішній d = 0,08 м, половина довжини циліндра l = 1,0 м., рис. 11.

Для автоматизованої розбивки об’ємної моделі на скінченні елементи використовували елемент SOLID186 (ANSYS inc., v.11), який налічує 20 вузлів, може мати будь-яку просторову орієнтацію і придатний для моделювання нерегулярної геометрії. Матеріал циліндра вважали ізотропним та пружним (E = 2,05·105 МПа), коефіцієнт Пуассона ν =  0,3.

Обчислено значення КІН для 5 точок вздовж фронту тріщин (ζ = 0,05...0,20), (рис. 11).

 

Рис. 11. Скінченноелементна 3D модель ролика МБЛЗ з півеліптичною тріщиною

Результати розрахунків МСЕ порівнювали з даними А. Карпінтері для суцільних навантажених чистим згином циліндрів з півеліптичними дефектами, (табл. 3).

Таблиця 3

Порівняння безрозмірного КІН  обчисленого МСЕ

для т.А =0,95), т.С (=0,05), півеліптичної тріщини з даними

А. Карпінтері, 2004

Дані

Точки

x=a/D

0,05

0,1

0,15

0,2

Чистий згин

А

-

0,810

0,820

0,830

С

-

0,60

0,610

0,620

МСЕ (розподілене навантаження)

А

0,622

0,730

0,746

0,760

С

0,549

0,590

0,608

0,530

Відносне відхилення , %

А

-

8,0

7,40

7,0

С

-

1,0

0,20

9,0

Виявлено, що значення безрозмірного КІН  для схеми навантаження циліндра рівномірно-розподіленим навантаженням відрізняються від даних А. Саrpinteri для схеми навантаження “чистим згином” на 0,2…9,0 %.

МСЕ оцінено розподіл КІН уздовж фронту півеліптичної тріщини за згину товстостінного циліндра (ролика МБЛЗ) рівномірним розподіленим поверхневим навантаженням. Показано, що неврахування схеми навантажування дещо змінює поправочну функцію КІН. Зокрема, схема навантаження розподіленим зусиллям призводить до зменшення переміщень у вершині тріщини, а відповідно й до зниження КІН за однакових значень згинальних моментів що діють у аналізованому перерізі.

Використано підходи SINTAP для оцінювання тримкої здатності елементів конструкцій з тріщинами. Для цього на основі двохпараметричного критерію руйнування  у відносних КІН і напружень використано т.зв. діаграми оцінювання руйнування (ДОР) для сталі 25Х1М1Ф.

Побудовано функції розподілу статичної тріщиностійкості, отриманої за результатами прямих експериментів, літературними даними, а також перерахунком результатів випробувань на ударну в’язкість.

Оцінювали утримувальну здатність конструкції з тріщиною на основі підходу що поєднує детерміністичні та імовірнісно-статистичні  методи розрахунку. Для оцінки напружено-деформованого стану ролика МБЛЗ з тріщиною використовували дані подані монографії Баранов Г.Л., Гостев А.А., Денисов Ю.В., 1993.

Таблиця 1

Навантаження ролика МБЛЗ для різних сталей слябу та

швидкостей лиття

Швидкість лиття, м/хв

Марки сталі слябової заготовки

Вуглецева сталь

(С > 0,2%)

Х18Н9Т

35ХМФА

Навантаження, кН

1,0

650

900

1100

0,5

800

1250

1500

Мінімальну величину поверхневого півеліптичного дефекту , що обумовлює крихке руйнування деталі, визначали за формулою (Ю.М. Работнов та ін., 1976):

,                                              (3)

де Q - параметр форми тріщини, KICстатична тріщиностійкість матеріалу, - умовна межа текучості матеріалу.

За в’язкого руйнування критичну довжину дефекту визначали:

,                                              (4)

- мінімальна глибина півеліптичного дефекту, яка приводить до в’язкого руйнування деталі.

Припущення, прийняті при оцінці залишкової міцності ролика МБЛЗ:

- розглядали одну магістральну півеліптичну тріщину, яка може бути причиною руйнування ролика;

- нехтували впливом термічної складової на напружено-деформований стан півеліптичної тріщини, оскільки дефекти, які розглядаються, мають довжину  15 мм;

- приймали однорідним температурне поле в середині ролика, розрахунок проводили для властивостей матеріалу при температурі 20 oС;

- вважали, що матеріал ролика є ізотропним;

- не враховували перерозподіл навантажень пов’язаним з формозміною ролика в процесі роботи.

Досліджувані величини розглядали як випадкові змінні, які описуються густиною розподілу ймовірності. Результати досліджень були оброблені методами математичної статистики і визначені функції і параметри розподілу характеристик механічних властивостей матеріалу (sВ, s0,2, КІС), табл. 2.

Таблиця 2

Механічні властивості сталі 25Х1М1Ф за температури 20oС

s0,2, МПа

sВ, МПа

КІС,, МПаÖм

(Л.В. Буланов, 2003)

500-550

600-650

94,8-110

Провівши розрахунок за формулами (3,4), визначили консервативну критичну глибину тріщини = 6,25 мм. Більш глибокі дефекти допускаються, проте за нижчого рівня напружень. Рівень =14,4 мм, який є мінімальною довжиною тріщини, за якої можливе крихке руйнування, був прийнятий як початкова довжина тріщини для оцінки сучасним методом SINTAP.

Згідно цього методу забезпечення надійної роботи конструкції полягає у виключенні можливості руйнування конструкції в межах заданого ресурсу. Наявність дефекту знижує реальне значення ресурсу роботи, за рахунок зменшення коефіцієнту запасу. Тому безвідмовна роботи конструкції повинна гарантуватись таким коефіцієнтом запасу, зниження якого недопустимо з міркувань надійності.

Моделювання параметрів FAD проводили методом Монте-Карло шляхом 10000 симуляцій, в результаті отримано імовірність руйнування конструкції.

Аналізували кілька варіантів півеліптичних тріщин глибиною а в діапазоні 0,05 D…0,2D). Відношення глибини тріщини до довжини на поверхні а/2c=0,25, де – довжина півеліптичної тріщини по поверхні ролика.

Виявлено, що уповільнення швидкості лиття з 1,0 м/хв до 0,5 м/хв спричиняє підвищення імовірності руйнування ролика та зростання Kr від 0,5…0,8  до 0,7...1,0 за довжини тріщини 60 мм. Дефекти глибиною менші за 60 мм не спричиняють руйнування конструкції за досліджених експлуатаційних умов, рис. 12.

a

б

Рис. 12. Діаграми оцінки руйнування (FAD) ролика МБЛЗ в залежності від експлуатаційних напружень - а та глибини тріщини – б

Виявлено основні закономірності руйнування біметалевих зразків 18Х11МНФБ/35Г2 за випробувань на ударну в’язкість з виділенням складових енергії зародження і поширення тріщин. Встановлено, що низький опір зародженню тріщини в наплавленому металі негативно впливає на загальний рівень в’язкості руйнування, рівень якої визначається в основному, високим опором поширенню тріщини у металі підложки, рис. 13.

а

б

Рис. 13. Діаграми ударного руйнування біметалевих зразків в координатах “зусилля - час”- а ; та “витрати енергії на руйнування - час” - б за температури 20 oС (1,3) та 100 oС (2,4) із розташуванням надрізу у наплавленому шарі (1,2) та у тримкому шарі (3,4)

Побудовано діаграми конструктивної міцності в координатах «KCV- σB” для ряду монометалевих та композитних матеріалів. В останньому випадку використано методу розрахунку  KCV за результатами вимірювань твердості з використанням “правила сумішей”. Показано, що найкращий комплекс характеристик міцності та опору крихкому руйнуванню властивий сталі 25Х1М1Ф. Найнижчу чутливість до концентрації напружень із одночасним збереженням високої тримкої здатності має біметал 18Х11МНФБ/35Г2 при поширенні тріщини з сталі 18Х11МНФБ, рис. 14.

 

Рис. 14. Залежність ударної в’язкості від умовної межі міцності (1,4 – зразки з мономатеріалу; 2,3 - композитні зразки): 1-сталь 25Х1М1Ф; 2- надріз в сталі 18Х11МНФБ; 3- надріз в сталі 35Г2; 4-сталь 15Х13МФ

Розроблено метод підвищення утримувальної здатності та подовження ресурсу експлуатованих біметалевих роликів з поверхневими тріщинами у ферито-мартенситних сталях 15Х13МФ та 18Х11MНФБ шляхом поверхневого лазерного опромінення потужними лазерними імпульсами тривалістю 50 нс і довжиною хвилі 1,06 мкм в у прозорому конденсованому середовищі. Обробка змінила структуру ферито-мартенситних сталей, подрібнюючи мартенситні рейки.

Обробку зразків проводили за допомогою лазера ГОС-1001 з пасивним затвором LіF, в режимі модульованої добротності, з густиною потоку 5·108-2·109 Вт/см2 з обмеженням розльоту плазми, що виникає при цьому, прозорим конденсованим середовищем, рис. 15. В результаті такого обмеження посилюється тиск на поверхні зразків і підвищується вплив на властивості матеріалу проходженням через нього ударної хвилі.

а

б

Рис. 15. Лазерна ударно-хвильова обробка зразка: а - схема опромінення 1 - потік випромінювання, 2 - прозоре конденсоване середовище, 3 - зразок; б - варіанти опромінення 1 - безпосередньо перед надрізом, 2 - симетрично, з двох сторін надрізу

На рис. 16 наведено результати випробувань на ударну в'язкість зразків, опромінених за двома різними варіантами. Виявлено, що KCV змінюється в залежності від місця розташування опроміненої зони відносно концентратора.

Рис. 16. Ударна в’язкість сталей за різних варіантів опромінення: 0 – до опромінення; 1 – за варіантом 1; 2 – за варіантом 2

Поверхнева обробка привела до збільшення енергоємності руйнування зміцненого металу. Так, для монометалевого зразка сталі 15Х13МФ, опроміненої за варіантом 1, ударна в'язкість зросла приблизно в 2 рази. Для біметалевих зразків 18Х11МНФБ/35Г2 рівень KCV збільшився на 15%. Ударно-хвильова обробка за варіантом 2 не спричинила зміни ударної в'язкості матеріалу. Виявлено істотний вплив взаємного розташування опроміненої ділянки і надрізу на ударну в'язкість сталей. Ударна в'язкість сталі 15Х13МФ, опроміненої безпосередньо перед надрізом, збільшується в 2 рази.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У результаті теоретичних і експериментальних досліджень отримано нове вирішення науково-технічної проблеми діагностування технічного стану роликів МБЛЗ, яке ґрунтується на урахуванні закономірностей термомеханічної деградації матеріалу, зародження і коалесценції сітки тріщин, що дало можливість вдосконалити методи розрахунку їх довговічності та залишкового ресурсу.

1. Проаналізовано експлуатаційне поверхневе тріщиноутворення натурних конструкцій роликів МБЛЗ металургійних комбінатів «Азовсталь», МК ім. Ілліча. Встановлено, що переважає сітка тріщин розпалу глибиною до 2,5 мм (57%), а питома частка тріщин довших 10 мм («довгі» тріщини) становить 10%. Тріщини сітки розпалу мають округлу, а «довгі» тріщини півеліптичну форму.

2. Вперше досліджено вплив термоциклічного напрацювання роликів МБЛЗ на пластичне деформування металу, встановлено його зв’язок з твердістю сталей та на цій основі розроблено метод оцінювання експлуатаційної деградації їх структури, як стадії зародження тріщини. Виявлено закономірності зміни кінетики накопичення та коалесценції пор у вихідному та термоциклованому матеріалі.

3. Сформульовано основні принципи, розроблено алгоритм та програмне забезпечення ідентифікації дефектів в межах сітки термічного розтріскування для оцінки їх коалесценції і напряму поширення тріщин:

а) спосіб оцінювання пошкодженості поверхні (Патент України № 40788), який дає змогу діагностувати технічний стан поверхні за довжиною окремих тріщин;

б) спосіб визначення поверхневої густини тріщин (Патент України № 40741), який дозволяє визначати відносну площу розтріскування сильно окиснених поверхонь з утрудненою візуалізацією тріщин;

в) спосіб оцінювання напрямку розтріскування (Патент України № 39859), за яким можна виявити просторову орієнтацію елементів сітки множинного розтріскування;

4. Удосконалено методику оцінювання напружено-деформованого стану ролика його моделюванням товстостінним циліндром за поверхневого навантаження рівномірно-розподіленим зусиллям, що дало можливість одержати залежності для визначення КІН вздовж фронту півеліптичної тріщини від її глибини за експлуатаційної схеми навантажування ролика МБЛЗ. Показано що існуючі спрощення реальної схеми навантажування ролика чистим згином товстостінного циліндра до 9% завищують КІН на поверхні і до 7,4% у найглибшій точці фронту півеліптичної поверхневої тріщини за її відносної глибини (0,05...0,2).

5. Комплексним дослідженням впливу температури на статичну тріщиностійкість, ударну в’язкість і швидкість поширення втомних тріщин в сталях роликів МБЛЗ встановлено основні закономірності впливу температури в діапазоні 20 - 600 oС  на мікромеханізми поширення втомної тріщини. Це дозволяє виявити взаємозв’язок між параметрами лінійної механіки руйнування і мезомеханіки. Обґрунтовано функції розподілу характеристик механічних властивостей, статичної і циклічної тріщиностійкості матеріалів роликів. Запропоновано алгоритм та розроблено програмне забезпечення оцінювання мезодеформацій матеріалу у вершині втомної тріщини:

а) спосіб визначення місця розташування та форми концентратора напружень (Патент України № 40742), який дає змогу діагностувати локальні зони пошкодженості матеріалу;

б) спосіб визначення розмірів зони пластичних деформацій (Патент України № 42866) на основі оцінювання переміщень і деформацій конгломератів зерен (мезооб’ємів) матеріалу в околі втомної тріщини;

в) спосіб автоматизованого визначення розкриття вершини тріщини;

6. Розроблено методику визначення залишкової довговічності роликів на основі візуальної реєстрації поверхневого тріщиноутворення, аналізу НДС, статистичного розкиду характеристик циклічної тріщиностійкості. Методика дає можливість визначити параметри розподілу допустимої довжини тріщини за заданої кількості циклів навантаження і функцію розподілу довговічності за заданих початковій і допустимій глибині тріщини.

7. Запропоновано методику імовірнісного оцінювання граничного стану ролика МБЛЗ з поверхневою півеліптичною тріщиною, яка ґрунтується на ДОР і аналізі НДС і враховує розкид характеристик механічних властивостей за одновісного розтягу та статичної тріщиностійкості. Визначено допустимі глибини дефектів в ролику залежно від технологічних параметрів розливки та матеріалу слябу.

8. Виявлено основні закономірності впливу параметрів локальної лазерної ударно-хвильової обробки на ударну в’язкість теплостійких сталей і показано, що локальна двостороння обробка матеріалу в околі концентратора підвищує ударну в’язкість ферито-мартенситних сталей і не впливає на енергоємність руйнування ферито-перлітних сталей. На цій основі розроблено метод підвищення утримувальної здатності та подовження ресурсу роликів з інтенсивним поверхневим розтріскуванням.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ясній П.В., Марущак П.О. Ролики МБЛЗ: Деградація і тріщиностійксть матеріалів.-Тернопіль, Джура, 2009. - 232 с.

2. Ясній П.В. Ріст тріщин в біматеріалі роликів МБЛЗ: вплив форми циклу навантажування і мікромеханізми руйнування / П.В. Ясній, В.Б. Гладьо, П.О. Марущак // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. пр. – Краматорськ, ДДМА, 2005. - С. 560-564.

3. Деградація поверхні ролика МБЛЗ під час експлуатації / П.В. Ясній, П.О. Марущак, Д.Я. Баран, В.В. Шишкін // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2006. - Том 11. - №3. - С.10-16.

4. Вплив температури на мікромеханізми статичного деформування та руйнування теплостійких сталей / П.В. Ясній, В.Б. Гладьо, П.О. Марущак, Д.Я. Баран // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2007. - Т. 12. - № 3. - С. 7-16.

5. Вплив пластичного деформування на структурну деградацію теплостійких сталей / П.В. Ясній, В.Б. Гладьо, П.О. Марущак, Д.Я. Баран // Машинознавство.-2007. - №4 - С. 7 - 12.

6. Вплив мікроструктури на динамічну в’язкість руйнування сталі з наплавленим захисним шаром / Д.Я. Баран, В.Б. Гладьо, П.О. Марущак, О.В. Носоченко, П.В. Ясній // Вісник Житомирського державного технологічного університету (Технічні науки).-2007. - № 1(40). - С. 7-14.

7. Ясній П.В. Вплив структури на мікромеханізми руйнування наплавленого шару ролика слябової машини безперервного лиття заготовок при ударному навантаженні / П.В. Ясній, В.Б. Гладьо, П.О. Марущак // Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом “Інженерна механіка”), Луцьк. - 2007. - Випуск 20. - С. 591 - 595.

8. Dynamic fracture toughness of steel of a continuous caster roll with a protective hard-faced layer / P. Yasniy, P. Maruschak, D. Baran, V. Hlado, V. Gliha T. Vuherer // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр.-Краматорськ, ДДМА, 2007. - С. 47-51.

9. Марущак П.О. Прогнозування пошкодженості поверхні ролика МБЛЗ внаслідок розтріскування / П.О. Марущак, О.П. Ясній, І.В. Коноваленко // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії.-2007. - Т. 9. - № 3. - С.163 - 168.

10. Ясній П.В. Стійкість теплостійких сталей до динамічного руйнування за наявності концентраторів напружень / П.В. Ясній, В.Б. Гладьо, П.О. Марущак // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2007. - Т. 12. - № 4. - С. 7 - 12.

11. Марущак П.О. Аналіз розтріскування поверхні і методика оцінки термовтоми матеріалів / П.О. Марущак, І.В. Коноваленко, Р.Т. Біщак // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2008. - №1. - С. 33-37.

12. Ясній П.В. До питання про дослідження геометричних параметрів сітки тріщин термічної втоми /  П.В. Ясній, І.В. Коноваленко, П.О. Марущак // Вісник Дніпропетровського нац. ун-ту. Серія «Механіка».-2008.-Т.16-№5.- С. 182-189.

13. Оцінка розподілу КІН вздовж фронту поверхневої напівеліптичної тріщини у товстостінному циліндрі / Ю.І. Пиндус, П.О. Марущак, Р.Т. Біщак, О.П. Ясній // Вісник Житомирського державного технологічного університету (Технічні науки). - 2008. - Т. 46. - № 3. - С. 33 - 38.

14. Взаємозв’язок мікродислокаційних параметрів і твердості пластично деформованих теплотривких сталей / П.В. Ясній, П.О. Марущак, В.Б. Гладьо, Д.Я. Баран // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2008. - №2. - С. 41-45.

15. Марущак П.О. Оцінка тримкої здатності ролика машини безперервного лиття заготовок з напівеліптичною тріщиною / П.О. Марущак, О.П. Ясній // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2008. - Т. 13. - № 2. - С. 27- 34.

16. Кінетика руйнування теплостійкої сталі після термоциклічного напрацювання / П.О. Марущак, Р.Т. Біщак, О.П. Ясній, А.П. Пилипенко // Вісник Харківського нац. техн. ун-ту сільського госп-ва ім. П. Василенка. - 2008. - Вип. 75. - Т. 2. - С. 493 - 497.

17. Оцінка циклічної тріщиностійкості теплостійкої сталі / П.В. Ясній, П.О. Марущак, В.Б. Гладьо, Р.Т. Біщак, В.Б. Фостик // Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом “Інженерна механіка”), Луцьк. - 2008. - Випуск 21. - С. 373-379.

18. Марущак П.О. Кінетика втомного руйнування сталі 25Х1М1Ф на макро-, мезо- та мікрорівні / П.О. Марущак, В.Б. Гладьо, І.В. Коноваленко // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2008. - №3. - С. 21 - 27.

19. Мікроструктура та мікромеханізми руйнування матеріалів роликів машин безперервного лиття заготовок / П.В. Ясній, П.О. Марущак, В.Б. Гладьо, Т. Вухерер, В. Гліха // Збірник наук. праць. Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій. - 2007. - Вип. 7. - С. 705 - 714.

20. Марущак П.О. Вплив температури на статичну ти циклічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф / П.О. Марущак, Д.Я. Баран // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля. - 2008. - №6 (124). - ч.2. - С. 165-170.

21. Марущак П.О. Прогнозирование влияния эксплуатационных температур на трещиностойкость стали 25Х1М1Ф / П.О. Марущак, О.П. Ясний // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. - 2008. - Т. 11. - № 1 - С.105 –109.

22. Марущак П.О. Кінетика статичного деформування та руйнування теплостійкої сталі 25Х1М1Ф після попереднього термоциклічного напрацювання / П.О. Марущак, Р.Т. Біщак, А.П. Пилипенко // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2008. - Т. 13. - № 4. - С. 56-60.

23. Автоматизований аналіз пошкоджень тріщинами поверхні конструкційних елементів // П.В. Ясній, П.О. Марущак, І.В. Коноваленко, Р.Т. Біщак // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2008. - №6. – С. 83-88.

24. Ясній П.В. Визначення коефіцієнта інтенсивності напружень в круглому брусі з поверхневою напівеліптичною тріщиною / П.В. Ясній, П.О. Марущак, Ю.І. Пиндус // Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом “Інженерна механіка”), Луцьк. - 2008. - Випуск 23. - С. 413-418.

25. Зміцнення поверхневого шару теплостійких сталей лазерною ударно-хвильовою обробкою / П.О. Марущак, Ю.М. Нікіфоров, Б.П. Ковалюк, В.Б. Гладьо // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля.-2008.-№7 (125).-ч.1.- С. 197-202.

26. Марущак П.О. Механізми деформування сталі 25Х1М1Ф на мезо- і мікрорівнях / П.О. Марущак, Р.Т. Бищак, В.Б. Гладьо // Вісник Харківського нац. техн. ун-ту сільського госп-ва ім. П. Василенка. - 2009. - Вип. 77. - С. 214-218.

27. Марущак П. О. Оцінка тримкої здатності матеріалу за двопараметричним критерієм руйнування / П.О. Марущак, О.П. Ясній // Обробка матеріалів тиском. Збірник наукових праць. - 2008. - №1 (19). - C. 154-158.

28. Зміна деформівної здатності матеріалу після термоциклювання / П.О. Марущак, Р.Т. Біщак, А.П. Пилипенко, В.Б. Гладьо // Обробка матеріалів тиском. - 2009. - №1(20). - С. 156-160.

29. Ясній П.В. Автоматизована оцінка полів деформацій методом координатних сіток / П.В. Ясній, І.В. Коноваленко, П.О. Марущак // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2009. - №2. - С. 130-136.

30. Деградація структури і пошкодження сіткою тріщин сталі металургійного обладнання / П.В. Ясній, П.О. Марущак, І.В. Коноваленко, Р.Т. Біщак // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2009. - №6. - С. 40-44.

31. Марущак П.О. Механізми формування мезоструктури поверхневих шарів сталі 15Х13МФ за нормальних та високих температур / П.О. Марущак, Р.Т. Біщак, М.М. Бондар, А.П. Сорочак // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2009. - № 3. - С. 32-36.

32. Damage and fracture analysis of heat - resistance steel subjected to thermal cyclic loading / P. Yasniy, P. Maruschak, R. Bishchak, V. Hlado, A. Pylypenko // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2009. - 52 - P. 22-25.

33. Thermal fatigue material degradation of caster rolls' surface layers / P. Yasniy, P. Maruschak, Y. Lapusta, V. Hlado, D. Baran // Mechanics of Advanced Materials and Structures. - 2008. - Vol. 15. - Issue 6 & 7. - P. 499 - 507.

34. Yasniy P. Hardening of heat-resistant steels under conditions of plastic deformation at different temperatures / P. Yasniy, P. Maruschak, V. Hlado // Computational & Experimental Analysis of Damaged Materials. – 2007. – P. 167-181.

35. Yasniy P. Structure evolution  of plastically deformed heat-resistance steel: Strain localizatin in tensile stress / P. Yasniy, P. Maruschak, V. Hlado // Progressive Technologies and Materials, Ed. F. Stachowicz. - 2009. - Rzeszow.-P. 17-23.

36. Structure and properties at the joint of a hard surfaced roll of continuous casting machine / P. Yasniy, P. Maruschak, V. Hlado, T. Vuherer, V. Gliha // Journal for Welding and Applied Techniques. - 2009. - Vol ½. - P. 5-10.

37. Yasniy P. Diagnostics of heat-resistance steel hardening and dislocation structure evolution after plastic deformation / P. Yasniy, P. Maruschak, V. Hlado // WSEAS International conference "Sustainability in Science Engineering". - Timisoara, Romania (May 27-29). - 2009. - P. 47-50.

38. Yasniy P. Investigation into the geometrical parameters of a thermal fatigue crack pattern / P. Yasniy, I. Konovalenko, P. Maruschak // Selected and reviewed papers. New aspects of engineering mechanics, structures and engineering geology. – Heraklion, Crete Island, Greece, 2008. - P. 61-66.

39. Патент України № 40741 Спосіб визначення поверхневої густини тріщин / Марущак П.О., Коноваленко І.В. / Опубліковано 27.04.2009, Бюл. № 8.

40. Патент України № 39859 Спосіб цінювання переважаючого напрямку пошкодження конструкції тріщинами термічної втоми / Марущак П.О., Коноваленко І.В., Біщак Р.Т. / Опубліковано 10.03.2009, Бюл. № 5.

41. Патент України № 40788 Спосіб оцінки пошкодженості поверхні тріщинами термовтоми / Марущак П.О., Коноваленко І.В., Біщак Р.Т. / Опубліковано 27.04.2009, Бюл. № 8.

42. Патент України № 42866 Спосіб оцінки переміщень поверхні / Марущак П.О., Коноваленко І.В., Біщак Р.Т., Окіпний І.Б. / Опубліковано 27.07.2009, Бюл. № 14.

43. Патент України № 40742 Спосіб визначення місця розташування та форми концентратора напружень / Марущак П.О., Коноваленко І.В. / Опубліковано 27.04.2009, Бюл. № 8.

44. Estimation of in-service cracking of the surface of a continuous casting machine roller / P. Yasniy, Yu. Lapusta, P. Maruschak, D. Baran // Proc. of XIII International Colloquium «Mechanical Fatigue of Metals 2006» (September 25-28). – 2006. - Ternopil.-2006. - P. 303 - 308.

45. Damage estimation for plastically deformed heat-resistant steels / P. Yasniy, P. Maruschak, V. Hlado, D. Baran // 5th International conference «Materials Structure & Micromechanics of Fracture» (June 27-29). - Brno. – 2007. – Р. 175.

46. Degradation processes in heat resistant steel during long-term service / P. Yasniy, P. Maruschak, R. Bishchak, S. Panin // Proc. of Intern. conf. «In-service damage of materials, its diagnostics and prediction» (September 21-24). – Ternopil. - TSTU. - 2009. - P. 196-200.

47. Діагностування деградації мікроструктури та множинного розтріскування роликів машин безперервного лиття заготовок / П.В. Ясній, П.О. Марущак, І.В. Коноваленко, Р.Т. Біщак // Зб. праць міжн. конф. «Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій». - Львів. - ФМІ. ім. Г.В. Карпенка НАНУ. - 2009. - С. 847 - 852.

48. Марущак П.О. Розпізнавання положення елементів сітки множинного розтріскування / П.О. Марущак, І.В. Коноваленко, С.В. Панін // Зб. праць міжн. конф. «Обчислювальна математика і математичні проблеми механіки» (31 серпня-4 вересня). - Львів. - ІППММ ім. Я.С. Підстригача. - 2009. - С. 157 - 159.


АНОТАЦІЯ

Марущак П.О. Розробка методів оцінювання технічного стану та залишкової довговічності тривало експлуатованих роликів машин безперервного лиття заготовок. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.10 – Діагностика матеріалів та конструкцій. – Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, Львів, 2010.

Дисертацію присвячено виявленню основних закономірностей високотемпературної деградації металів на стадіях зародження, коалесценції та поширення втомних тріщин і розробленню методологічних підходів до оцінювання технічного стану і підвищенню достовірності прогнозування залишкового ресурсу роликів машин безперервного лиття заготовок (МБЛЗ).

Проведено експериментальні дослідження експлуатаційного поверхневого тріщиноутворення натурних конструкцій роликів МБЛЗ.

Розроблено методику моделювання експлуатаційної деградації металу роликів.

Досліджено вплив термоциклічного напрацювання роликів МБЛЗ на пластичне деформування металу, встановлено його зв’язок з твердістю сталей та на цій основі розробити метод оцінювання експлуатаційної деградації їх структури, як стадії зародження тріщини.

Запропоновано основні принципи та розробити алгоритм ідентифікації дефектів в межах сітки термічного розтріскування для оцінки їх коалесценції і напряму поширення тріщин.

Оцінено напружено-деформований стан ролика МБЛЗ його моделюванням товстостінним циліндром за поверхневого навантаження рівномірно-розподіленим зусиллям.

Виявлено вплив температури на механічні властивості металу ролика - статичну тріщиностійкість, ударну в’язкість і швидкість поширення втомних тріщин, як параметрів, що визначають роботоздатність роликів.

Розроблено методику діагностування технічного стану (залишкової довговічності) роликів на основі візуальної реєстрації поверхневого тріщиноутворення.

Запропоновано лазерний ударно-хвильовий метод підвищення ресурсу роликів з поверхневим тріщиноутворенням.

Комплексне врахування теоретичних і експериментальних досліджень, які ґрунтуються на закономірностях діагностування і опису кінетики пошкодження роликів МБЛЗ дало змогу вдосконалити методи розрахунку їх довговічності та залишкового ресурсу.

Ключові слова: металургійне обладнання, схематизація навантаження, втомне пошкодження, довговічність, залишковий ресурс.


АННОТАЦИЯ

Марущак П.О. Разработка методов оценки технического состояния и остаточной долговечности длительно эксплуатируемых роликов машин непрерывного литья заготовок. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.02.10 - Диагностика материалов и конструкций. - Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко НАН Украины, Львов, 2010.

Диссертация посвящена определению основных закономерностей высокотемпературной деградации металлов на стадии зарождения, коалесценции и распространения усталостных трещин и разработке методологических подходов к оценке технического состояния и повышению достоверности прогнозирования остаточного ресурса роликов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Проведены экспериментальные исследования эксплуатационного поверхностного растрескивания натурных конструкций роликов МНЛЗ.

Разработана методика моделирования эксплуатационной деградации металла роликов.

Исследовано влияние термоциклической наработки роликов МНЛЗ на пластическое деформирование металла, установлена его связь с  параметрами твердости и микротвердости теплостойких сталей. На основе полученніх закономерностей разработан метод оценки эксплуатационной деградации структуры материала, как стадии зарождения трещины;

Предложены основные принципы и разработан алгоритм идентификации дефектов сетки термического растрескивания, испльзуемые для оценки степени объединения и направления распространения трещин. Установлены количественные характеристики дисипативних структур (сетки трещин) на поверхности ролика с предельно допустимыми эксплуатационными повреждениями. Построены кумулятивные функции распределения длин трещин на поверхности МНЛЗ при описании их логарифмическим законом распределения. Выявлено, что независимо от ориентации трещины относительно оси ролика (осевая или радиальная) коэффициент формы трещины уменьшается с увеличением ее глубины.

Предложенные подходы позволяют повысить достоверность количественного анализа поврежденности ролика МНЛЗ трещинами термоусталости на основе сегментации изображений с небольшим разбросом яркости в пределах анализируемой площади.

Рассчитано напряженно-деформированное состояние ролика МНЛЗ на основе его моделирования в виде толстостенного цилиндра с трещиной нагруженного равномерно распределенной поверхностной нагрузкой. Полученные результаты учитывают влияние механической и термической составляющих на значение коэффициента интенсивности напряжений.

Изучено влияние температуры на механические свойства металла ролика - статическую трещиностойкость, ударную вязкость и кинетику роста усталостных трещин, как параметров, которые определяющих работоспособность роликов МНЛЗ;

Разработана методика диагностики технического состояния, остаточной долговечности и несущей способности роликов на основе визуальной регистрации поверхностного трещинообразования. Предложена методика прогнозирования вероятности разрушения роликов МНЛЗ основанная на численном моделировании упругого равновесного состояния тела с трещиной и использовании двухпараметрического критерия разрушения с учетом дисперсии механических свойств, размеров трещины и геометрии конструкции.

Разработан лазерный ударно - волновой метод повышения ресурса роликов с поверхностным трещинообразованием.

Ключевые слова: металлургическое оборудование, схематизация нагрузки, усталостное повреждение, долговечность, остаточный ресурс.

Maruschak P.O. Development of methods for assessing technical state and residual life of rolls of continuous casting machine operated for a long time. - Manuscript.

Thesis for awarding the scientific degree of Doctor of Engineering Sciences in the speciality 05.02.10 – «Diagnostics of materials and constructions». – Karpenko Physico-Mechanical Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, 2010.

This paper is dedicated to determining the main regularities in high-temperature degradation of metals at the stage of nucleation, coalescence and propagation of fatigue cracks, as well as to developing methodological approaches for assessing the technical state and increasing the reliability of residual life predictions for rolls of the continuous casting machines (CCM).

Experimental investigations into the in-service surface cracking of full-size structures of CCM rolls are conducted. A procedure for simulating the in-service degradation of the roll metal is developed. The effect of thermocyclic preloading of CCM rolls on the plastic deformation of metal is investigated, the correlation between this effect and the hardness of steels is established. Based on the above, a method is developed for estimating the in-service degradation of the material structure as a stage of crack nucleation. The main principles are proposed and the algorithm is developed for identifying the defects of a thermal cracking network to evaluate the degree of coalescence and the direction of crack propagation.

The stress-strain state of the CCM roll is calculated based on its simulation in the form of a thick-walled cylinder under a uniformly distributed surface load. The effect of temperature on the mechanical properties of the roll metal is studied, including the static crack growth resistance, impact strength and fatigue crack growth kinetics as parameters that determine the functional fitness of CCM rolls. A procedure is developed for diagnostics of the technical state (residual life) of rolls based on visual recording of surface cracking. A laser shock-wave method for extending the life of rolls with surface cracks is proposed.

Keywords: metallurgical equipment, schematization of loading, fatigue damage, life time, residual life.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14488. Столкновение интересов США и КНР на глобальном и региональном уровне 24.54 KB
  Столкновение интересов США и КНР на глобальном и региональном уровне. Китай и США являются великими державами современности. Каждая из этих стран стремится увеличить своё влияние как на глобальном уровне так и в различных регионах. РЕГИОНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ Существует 2 ...
14489. Концепция Большого Ближнего Востока во внешней политике США 16.96 KB
  Концепция Большого Ближнего Востока во внешней политике США Географически под Большим Ближним Востоком подразумевалась обширная территория государств с преобладающим мусульманским населением: от Марокко до Пакистана включительно и от Турции до Судана. Заявленная це
14490. Стратегия нового Шелкового пути: проблемы и перспективы 30.66 KB
  Стратегия нового Шелкового пути: проблемы и перспективы Инициатива Новый Шелковый путь о которой Клинтон впервые объявила в своём выступлении в Ченнаи в Индии 20 июля 2011года предусматривает создание сети торговых и транспортных коридоров которые будут проходить че...
14491. Политика США в Центральной Азии. Концепция «Шелкового пути» 16.27 KB
  Политика США в Центральной Азии. Концепция Шелкового пути. В начале 90х США стали пытаться обособить страны ННГ новых независимых госв от России путем развития государственности и переориентации на запад. С 94г. Начинается освоение ЦА нефтедобывающими компаниями
14492. Политика США в Западном полушарии. Интеграционные проекты США 17.91 KB
  Политика США в Западном полушарии. Интеграционные проекты США Сложно выделить в истории Соединённых Штатов Америки такой период когда бы они не проявляли геополитического интереса в отношении своих ближайших соседей – латиноамериканских государств. Выразителем го...
14493. Арктическая политика США (90-е гг. XX в. - 10 -е гг. XXI в.) 18.12 KB
  Арктическая политика США 90е гг. XX в. 10 е гг. XXI в. Интересы США в Арктике можно сгруппировать в несколько блоков. Вопервых – военностратегические в том числе: ПРО и раннее предупреждение; развертывание наземных и морских систем для стратегической переброски; страт
14494. Интересы ЕС в ЛА. Саммиты ЕС-ЛА. Политика ЕС – как фактор интеграции в регионе 21.53 KB
  Интересы ЕС в ЛА. Саммиты ЕСЛА. Политика ЕС – как фактор интеграции в регионе. Ибероамериканские саммиты. Основы трансрегионального сотрудничества ЛКА и ЕС Интересы: Динамичное развитие региональных интеграционных процессов. Углубление политического диалога ...
14495. Международные программы развития Африки и роль стран ЕС в развитии региона 17.82 KB
  Международные программы развития Африки и роль стран ЕС в развитии региона В период формирования Европейского союза европейские страны имевшие бывшие колонии за пределами Европы стремились сохранить свои особые отношения с ними. Таким образом возникла идея ассоциа...
14496. Интересы и политика США в Африке 22.87 KB
  Интересы и политика США в Африке В последние годы ведущие державы мира уделяют повышенное внимание реализации своей политики в Африке. Наибольшую активность на континенте проявляют Соединенные Штаты стремясь к усилению здесь своего влияния и укреплению как военнопол...