The Effect of Stress Pulses on the Limited Endurance Under Cyclic Loading of Thermal-Hardened Carbon Steel

ENG: Purpose. The assess effect of stress pulses on the cyclic endurance of thermal-hardened carbon steel. Methodology. A sheet with a thickness of 1 mm was selected for the study, made of steel with 0.42% С after thermal hardening. The treatment consisted of quenching and tempering at 300 °С. The samples were subjected to cyclic loading on the Saturn-10 machine, under a symmetrical cycle of alternating bending, with a frequency of 100 min-1. Treatment with pulses of stress was carried out under conditions of «Iskra–23». To determine the effect pulses of stress on the cyclic endurance, samples after 50–60% by limit of endurance were subjected to doing pulses of stress. After completion treatment pulse of stress, the samples continued to be cyclically loaded until the moment of failure. The density of dislocations was measured by method of X-ray structural analysis on a DRON-3 diffractometer, by interferences (110), (211), (321). The complex of properties after thermal strengthening was determined under static tension, at a strain rate of 10-3 s-1. Findings. After processing with pulses of stress studied, thermally hardened steel with a hardness of 46–47 HRC, an increase in hardness by 11 % was obtained. According to the analysis of the cyclic loading curves of thermally hardened carbon steel, it was determined that due to the action pulses of stress, an increase in limit of endurance occurs in a wide range of cyclic overload. Structural studies have determined that, in proportion to decrease at magnitude of cyclic overload, an increase limit of endurance corresponds to higher number accumulated dislocations by different slip systems. Originality. The increase at density of dislocations from the action pulses of stress is due to the development processes of partial unlocking of dislocations after thermal strengthening and activation systems of sliding, which are not characteristic of these loading conditions of the steels. As a result of the action pulses of stress, the propagation deformation per cycle occurs at lower amplitudes of load, due to formation of an additional number of dislocations. According to analysis lines of French, it was determined that participation of an increased number of dislocations at propagation of deformation per cycle shifts a moment transformation of reversible damages into irreversible ones, towards an increase at number of cycles. Practical value. The obtained research results can be useful for assessing by influence of an external source of stress on the behavior of a carbon steel product under cyclic loading.

UKR: Мета. Оцінити вплив імпульсів напруження на циклічну витривалість термічно зміцненої вуглецевої сталі. Методика. Для дослідження обраний лист товщиною 1 мм зі сталі з 0,42 % С після покращення. Обробка складалася з гартування та відпуску при 300 °С. Зразки піддавалися циклічному навантаженню на машині Сатурн-10 за симетричного циклу знакозмінного згину, з частотою 100 хв-1. Обробку імпульсами напружень проводили за умов «Іскра–23». Для визначення дії імпульсів поверхневих напружень на циклічну витривалість зразки, після 50–60 % обмеженої витривалості, піддавалися дії імпульсів напруження. Після завершення імпульсної обробки, зразки продовжували циклічно навантажувати до моменту руйнування. Густину дислокацій вимірювали за методикою рентгенівського структурного аналізу на дифрактометрі ДРОН-3, за інтерференціями (110), (211), (321). Комплекс властивостей після термічного зміцнення визначали за статичного розтягу, при швидкості деформації 10-3 с-1. Результати. Після обробки імпульсами напружень досліджуваної, термічно зміцненої сталі з твердістю 46–47 HRC, отримали підвищення твердості на 11 %. За аналізом кривих циклічного навантаження термічно зміцненої вуглецевої сталі визначено, що завдяки дії імпульсів напружень відбувається збільшення обмеженої витривалості в широкому діапазоні циклічного перевантаження. Структурними дослідженнями визначено, що пропорційно зниженню величини циклічного перевантаження, підвищенню обмеженої витривалості відповідає більш висока кількість накопичених дислокацій за різних систем ковзання. Наукова новизна. Збільшення густини дислокацій від дії імпульсів напружень обумовлено розвитком процесів часткового розблокування дислокацій після термічного зміцнення та активації, не характерних для сталей систем ковзання. В результаті дії імпульсу напружень, розповсюдження деформації за цикл відбувається при більш низьких амплітудах навантаження, завдяки утворенню додаткової кількості дислокацій. За аналізом ліній Френча визначено, що участь підвищеної кількості дислокацій в розповсюдженні деформації за цикл, зсуває момент перетворення обернених ушкоджень в не обернені, в бік збільшення кількості циклів. Практична значимість. Отримані результати досліджень можуть бути корисними для оцінки впливу зовнішнього джерела напруження на поведінку виробу з вуглецевої сталі за циклічного навантаження.