Зміна механічних властивостей та корозійне розтріскування під напруженням матеріалу металоконструкції стріли буртоукладника

Abstract

Мета. Робота спрямована на дослідження впливу умов і тривалості експлуатації металоконструкцій стріли буртоукладника на механічні властивості матеріалу та його корозійне розтріскування під напруженням. Необхідним при цьому є підвищення точності аналізу ресурсу стрілових металоконструкцій підйомно-транспортувальних машин. Методика. Зразки для проведення експериментальних досліджень виготовляли із елементів стріли тривало експлуатованого буртоукладника, в яких виникали найбільші робочі напруження. Місця виникнення найбільших зусиль в елементах стрілових конструкцій визначали на її 3D моделі в процесі аналізу отриманих карт напружень методом скінченних елементів. Експериментальні дослідження проводили на установці УВП-6, на якій визначали характеристики міцності й пластичності зразків двох типів шляхом їх розтягу зі швидкістю деформації 10-5 с-1 та 10-6 с-1 на повітрі та в середовищі синтетичного дощу. Металографічні дослідження проводили на сканувальному електронному мікроскопі. Результати. Експериментально встановлено, що після довготривалої експлуатації стріли буртоукладника матеріал її найбільш навантажених елементів зазнав змін щодо характеристик міцності та пластичності. За сумісної дії корозійного середовища та найбільших навантажень на поверхні матеріалу з’являються виразки, точкові дефекти, які є концентраторами локальних механічних напружень, що знижує ресурс елементів конструкції стріли. Наукова новизна. 1) вперше встановлені закономірності зміни механічних властивостей тривало експлуатованої металоконструкції стріли буртоукладника, виготовленої з матеріалу Ст. 3; 2) одержала подальший розвиток методологія оцінки залишкового ресурсу тривало експлуатованої стрілової металоконструкції підіймально-транспортувальної машини за рахунок врахування сумісної дії вібраційних і динамічних навантажень та корозійного середовища. Практична значимість. Визначення залишкового ресурсу тривало експлуатованих стрілових металоконструкцій підіймально-транспортувальних машин необхідно проводити з урахуванням деградації механічних властивостей матеріалу, а також динамічного характеру їх навантаження. Одержані закономірності щодо зміни механічних властивостей та корозійного розтріскування під навантаженням матеріалу стріли посприяють підвищенню точності оцінки недовговічності залишкового ресурсу несучих металоконструкцій.

Цель. Работа направлена на исследование влияния условий и продолжительности эксплуатации металлоконструкций стрелы буртоукладчика на механические свойства материала и его коррозионное растрескивание под напряжением. Необходимым при этом является повышение точности анализа ресурса стреловых металлоконструкций подъемно-транспортировочных машин. Методика. Образцы для проведения экспериментальных исследований изготавливали из элементов стрелы длительно эксплуатируемого буртоукладчика, в которых возникали наибольшие рабочие напряжения. Места возникновения наибольших усилий в элементах стреловых конструкций определяли на ее 3D модели в процессе анализа полученных карт напряжений методом конечных элементов. Экспериментальные исследования проводили на установке УВП-6, на которой определяли характеристики прочности и пластичности образцов двух типов путем их растяжения со скоростью деформации 10-5 с-1 и 10-6 с-1 на воздухе и в среде синтетического дождя. Металлографические исследования проводили на сканирующем электронном микроскопе. Результаты. Экспериментальными исследованиями установлено, что после длительной эксплуатации стрелы буртоукладчика материал ее наиболее нагруженных элементов претерпел изменения в характеристиках прочности и пластичности. При совместном действии коррозионной среды и наибольших нагрузок на поверхности материала появляются изъявления, точечные дефекты, которые являются концентраторами локальных механических напряжений, что снижает ресурс элементов конструкции стрелы. Научная новизна. 1. Впервые установлены закономерности изменения механических свойств длительно эксплуатируемой металлоконструкции стрелы буртоукладчика, изготовленной из материала Ст. 3. 2. Получила дальнейшее развитие методология оценки остаточного ресурса длительно-эксплуатируемой стреловой металлоконструкции подъемно-транспортировочной машины за счет учета совместного действия вибрационных и динамических нагрузок и коррозионной среды. Практическая значимость. Определение остаточного ресурса длительно эксплуатируемых стреловых металлоконструкций подъемно-транспортировочных машин необходимо проводить с учетом деградации механических свойств материала, а также динамического характера их нагрузки. Полученные закономерности по изменению механических свойств и коррозионного растрескивания под нагрузкой материала стрелы помогут повышению точности оценки недолговечности остаточного ресурса несущих металлоконструкций.

Purpose. The aim is to study the effects of conditions and duration of working of structures arrows of a clampforming machine on mechanical properties of the material and its stress corrosion cracking under tension. It is necessary to improve the accuracy of resources analysis of boom metalwares of lifting and transporting machines. Methodology. Samples for experimental investigations were made of the elements of arrow continued exploited clamp-forming machine where there were major work stress. Centers of greatest efforts in elements of arrows constructions were determined in its 3D model in the analysis of the stress cards by finite element method. Experimental studies were performed at the facility UVP-6, which determined the characteristics of strength and ductility of samples of two types by means of tensile strain, speed 10-5 s-1 and 10-6 s-1 in air and in the environment of synthetic rain. Metallographic studies were performed on a scanning electron microscope. Findings. Experimental studies found that after long-term operation of arrow of clamp-forming machine material of its most loaded elements changed due to characteristics of strength and ductility. At joint action of corrosion environment and the greatest stress on the surface of the material expressions, point defects are appeared. They are concentrators of local mechanical stress, which reduce the resource construction elements of the arrow. Originality. 1. Firstly set patterns of changes in the mechanical properties of continued operated metal construction of arrow of clamp-forming machine made of St. 3; 2. Received further developed methodology for remaining resource estimation continued operated of metal boom lifting and shipping the machine by taking into account joint action vibration and dynamic loads and corrosive environments. Practical value. Determination the residual resource of continued operated boom lifting and transporting metal machines should be carried out taking into account the degradation of the mechanical properties of the material as well as the dynamic nature of the load. The obtained regularities on changes of mechanical properties and stress corrosion cracking under tension of an arrow material will contribute to increase evaluation accuracy of fragility of residual resource of load carrying steel structures.