Влияние вибродеформационного старения на усталостную выносливость деталей локомотивов

С точки зрения физической сущности — остаточные напряжения — это напряжения, обусловленные неустой­чивым равновесием электромагнитных внутренних сил взаимодействия в материалах, в случае, когда какое-либо воздействие отсутствует. К электромагнитному взаи­модействию сводится большинство сил, проявляющих­ся В макроскопических явлениях, в частности силы уп­ругости. Подобно тому, как изменение магнитного поля выступает в роли источника ЭДС, остаточные напряже­ния служат потенциальными носителями пластической деформации кристаллического тела, а их изменение вы­зывает необратимое изменение его формы. Используя способы воздействия на силы упругости, можно изменять электромагнитные силы, а следовательно, и остаточные напряжения. Такие способы хорошо известны и широко используются в производстве. Они основаны на действии температурных и силовых полей и ставят своей целью обеспечение стабильного равновесия остаточных напря­жений.

Методы воздействий на остаточные напряжения мож­но подразделить в зависимости от того, какой фактор является доминирующим на: метод термопластического воздействия и метод механопластического воздействия.

Особое место среди известных методов занимает (в силу физического механизма релаксации, перераспреде­ления остаточных напряжений) ускоренное деформаци­онное старение под воздействием резонансных колеба­ний.
Однако на практике применение этой технологии, не­смотря на явные преимущества (энергосбережение, про­стота реализации, незначительное технологическое вре­мя выполнения) сдерживается, особенно для ответствен­ных металлоконструкций.

Как известно в большинстве случаев сварка приводит к возникновению в сварных соединениях и в околошов­ной зоне растягивающих остаточных напряжений. А это в сочетании с наложенными временными напряжения­ми от вибрации не исключает вероятность проявления скрытых дефектов в концентраторах напряжений в виде разрушения конструкции.
В подвижном железнодорожном транспорте широко используются ответственные сварные изделия, работаю­щие в условиях циклического нагружения. К ним отно­сятся рамы тележек вагонов и локомотивов и их элемен­ты -боковины.

Поэтому повышение усталостной выносливости на основе установления рациональных режимов и оптими­зации технологии вибродеформационного старения для подобных металлоконструкций является задачей акту­альной.
Анализ основных исследованиЙ и публикаций. Нали­чие структурных образований типа зёрен, микротрещин, дислокаций и т.Д. во всех материалах, которые встреча­ются на практике, приводит к тому, что их прочность оказывается на два-три порядка меньше теоретической. При этом, чем больше дефектность материала, от­клонение его структуры от идеального порядка тем мень­ше прочность при прочих равных условиях

В литературных источниках отсутствует однозначное мнение относительно практического использования виб­родеформационного старения для металлоконструкций, работающих в условиях циклических нагрузок. Часть авторов считают, что виброобработка приводит к снижению циклической долговечности на несколько про­центов. Однако, в то же время, виброобработка снижа­ет, как известно, пиковые напряжения, которые негативно влияют на циклическую выносливость, следова­тельно имеет место её повышение, которому способ­ствует в том числе и стабилизация фазоструктурных со­ставляющих.