Increasing the life of restored machine parts by residual stress management
Keywords:
restoration of machine parts, fatigue life, fatigue strength, residual stresses, surface plastic deformation, electro-contact hardeningAbstract
Restoration of machine parts ensures the repeated use of up to 70 % of worn parts. Restoration of machine parts is economically efficient; the cost of restoration usually does not exceed 30 % of the cost of new parts. However, the application of most restoration methods and technologies leads to a decrease in their life in comparison with new ones. For high-loaded shafts the fatigue resistance is the main factor determining their life. The state of the surface layer is the main factor affecting the fatigue strength of the parts. The dominant role in increasing the fatigue resistance of the machine restored parts belongs to the physical and mechanical properties of the surface layer, hardening and residual stresses. The article considers the restoration technology using electro-contact welding of a metal strip. Data on the surface residual stresses resulting from the welding of the coating are obtained. The results of measurements showed a high loading of the surface layer. The ways of residual stresses reduction in the restored parts using surface plastic deformation and electro-contact hardening are considered. The use of electro-contacthardening is recommended to improve the fatigue life of restored parts using electro-contact welding of metal tape. The application of this process allows increasing the endurance limit of the restored parts in 1.5...2.5 times.
References
Восстановление деталей машин/ Ф.И. Пантелеев, В.П. Лялякин, В.П. Иванов, В.М. Конс-тантинов; под ред. В.П. Иванова. – М.: Машиностроение, 2003. – 672 с.
Иванов, В.П. Технология и оборудование восстановления деталей машин/ В.П. Иванов. – М.: Техноперспектива, 2007. – 458 с.
Одинцов, Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформиро-ванием: справ. / Л.Г. Одинцов. – М.: Машиностроение, 1987. – 328 с.
Проников, А.С. Надежность машин/ А.С. Проников. – М.: Машиностроение, 1978. – 592 с.
Kolasa, A. Regeneration of worn out machine parts surfaces by automatic welding / A. Kolasa, T. Sarnowski, P. Cegielski // Przegląd spawalnictwa. – 2015. – Vol. 87, no. 1. – P. 50–57.
Voynash, S.A. Rational Route Choosing Methodology for Machine Parts Restoration and Repair / S.A. Voynash, P.A. Gaydukova, A.N. Markov // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 206. – P. 1747–1752. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.708
Korotkov, V.A. Properties and commercial application of manual plasma hardening / V.A. Korotkov // Metal Science and Heat Treatment. – 2016. – Vol. 58, no. 7–8. – P. 449–454. DOI: 10.1007/s11041-016-0033-5
Сайфуллин, Р.Н. Восстановление и упрочнение автотракторных деталей электроконтактной приваркой металлических материалов/ Р.Н. Сайфуллин, Н.М. Юнусбаев, Р.Ш. Набиул-лин// Вестник БГАУ. – 2016. – №3. – С. 89–93.
Roberts, J.L. Residual stress effects on fatigue life via the stress intensity parameter: PhD diss. – University of Tennessee, 2002. – http://trace.tennessee.edu/utk_graddiss/2196.
Nguyen, T.N. The effect of weld geometry and residual stresses on the fatigue of welded joints under combined loading / T.N. Nguyen, M.A. Wahab // Journal of Materials Processing Technology. – 1998. – Vol. 300 (3). – P. 201–208. DOI: 10.1016/S0924-0136(97)00418-4
Fatigue strength of welded joints in high strength steel Effects of stress concentration factor and welding residual stress / O. Watanabe, S. Matsumoto, Y.Nakano, Y. Saito // Welding International. – 1996. – Vol. 10 (3). – P. 201–206. DOI: 10.1080/09507119609548979
Effect of near-surface residual stress and microstructure modification from machining on the fatigue endurance of a tool steel / F. Ghanem, C. Braham, M.E. Fitzpatrick, H. Sidhom // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2002. – Vol. 11 (6). – P. 631–639. DOI: 10.1361/105994902770343629
Krebs, J. Influence of welding residual stresses on fatigue design of welded joints and components / J. Krebs, M. Kassner // Welding in the World. – 2007. – Vol. 51, no. 7/8. – P. 54–68. DOI: 10.1007/BF03266586
Fricke, W. Effects of residual stresses on the fatigue behavior of welded steel structures / W. Fricke // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. – 2005. – Vol. 36 (11). – P. 642–649. DOI: 10.1002/mawe.200500933
Fatigue life of a dissimilar welded joint considering the weld residual stress: Experimental and finite element simulation / Weiya Zhanga, Wenchun Jianga, Xu Zhaob, Shan-Tuang Tu // International Journal of Fatigue. – 2018. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2018.01.002
Sonsino, C.M. Effect of residual stresses on the fatigue behavior of welded joints depending on loading conditions and weld geometry / C.M. Sonsino // International Journal of Fatigue. – 2009. – Vol. 31 (1). – P. 88–101. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2008.02.015
Savaria, V. Predicting the effects of material properties gradient and residual stresses on the bending fatigue strength of induction hardened aeronautical gears / V. Savaria, F.Bridier, P. Bocher // International Journal of Fatigue. – 2015. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2015.12.004
Barsoum, Z. Residual stress effects on fatigue life of welded structures using LEFM / Z. Barsoum, I. Barsoum // Engineering Failure Analysis. – 2009. – Vol. 16 (1). – P. 449–467. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2008.06.017
Liljedahl, C.D.M. Weld residual stress effects on fatigue crack growth behaviour of aluminium alloy 2024-T351 / C.D.M. Liljedahl, J. Brouard, O. Zanellato // International Journal of Fatigue. – 2009. – Vol. 31 (6). – P. 1081–1088.DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2008.05.008
Винокуров, В.А. Теория сварочных деформаций и напряжений/ В.А. Винокуров, А.Г. Григорьянц. – М.: Машиностроение, 1984. – 280 с.
Вишняков, Я.Д. Управление остаточными напряжениями в металлах и сплавах/ Я.Д. Вишняков, В.Д. Пискарев. – M.: Металлургия, 1989. – 254 с.
Bellow, D.G. Residual stresses and fatigue of surface treated welded speciments / D.G. Bellow, N. Wahab, M.G. Faulkner // Advances In Surface Treatment. – 1986. – Vol. 2. – P. 85–94.
Residual stress effects in fatigue of welded joints / Sarkaki Shahram, Lutes Loren D. // Journal of Structural Engineering. – 1988. – Vol. 11, iss. 2. – P. 462–474. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1988)114:2(462)
Сайфуллин, Р.Н. Свойства покрытий, полученных электроконтактной приваркой присадочных материалов из стальных лент/ Р.Н. Сайфуллин, М.Н. Фархшатов и др. // Упрочняющие
технологии и покрытия. – 2014. – №3 (111). – С. 13–16.
Игнатьев, А.Г. Учет остаточных напряжений при совершенствовании технологий вос-становления деталей/ А.Г. Игнатьев, В.А. Коротков, Г.С. Игнатьев// Тракторы и сельхозмашины. – 2009. – №8. – С. 47–49.
Сайфуллин, Р.Н. Опыт восстановления изношенных деталей электроконтактной при-варкой стальной ленты/ Р.Н. Сайфуллин, М.Н. Фархшатов, И.Р. Гаскаров// Труды ГОСНИТИ. – 2016. – Т. 125. – С. 166–170.
Сайфуллин, Р.Н. Модернизация электроконтактной установки для термомеханического упрочнения/ Р.Н. Сайфуллин, Л.Ф. Исламов, Р.Ш. Набиуллин// Энергоэффективные и ресурсо-сберегающие технологии и системы: cб. науч. трудов междунар. науч.-практ. конф. – Саранск:
Ин-т механики и энергетики, 2016. – С. 95–99.
Ignatiev, A.G. Residual stress measurements using elasto-plastic indentation and ESPI / A.G. Ignatiev, V.V. Erofeev, A.A. Tretyakov // Materials Science Forum. – 2016. – Vol. 843. – P. 161–166. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.843.161
Игнатьев, А.Г. Новая методика измерения остаточных напряжений в восстановленных деталях с использованием конического индентора/ А.Г. Игнатьев, А.А. Третьяков// Контроль. Диагностика. – 2015. – №6. – С. 26–30. DOI: 10.14489/td.2015.06.pp.026-030
Когаев, В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени/ В.П. Ко-гаев. – М.: Машиностроение, 1977. – 232 с.
Методика усталостных испытаний конструктивно подобных образцов на современном оборудовании/ А.В. Ерпалов, Л.А. Шефер, Е.Е. Рихтер, П.А. Тараненко// Научный поиск: мате-риалы7-й науч. конф. аспирантов и докторантов. – Челябинск: ЮУрГУ, 2015. – С. 166–172.
Фархшатов, М.Н. Определение остаточных напряжений покрытий, нанесенных электроконтактной приваркой ленты из коррозионно-стойких сталей/ М.Н. Фархшатов// Вестник Оренбург. гос. ун-та. – 2006. – №10–2 (60). – С. 403–409.
