Механики XXI веку №15 2016

Механики XXI веку. №15 2016 г.

252

УДК 621.771.073

Оценка живучести прокатных валков

Бочектуева Е.Б.

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, ул. Ключевская 40в стр.

1, Улан-Удэ, Россия

bochektueva.e@yandex.ru

Ключевые слова:

прокатные валки, живучесть, трещина, долговечность

В статье произведена оценка живучести крупногабаритных прокатных валков в детерминированной

постановке с использованием уравнения, описывающего линейный участок кинетической диаграммы устало-

стного разрушения. Разработана методика расчета на живучесть рабочих и опорных прокатных валков ста-

на кварто в процессе эксплуатации с учетом остаточных напряжений, возникающих после термической обра-

ботки. В расчетах форма трещина принята круговой. Рассмотрены только внутренние дефекты, ориентиро-

ванные перпендикулярно оси валка, как представляющие наибольшую опасность, с точки зрения хрупкой проч-

ности. В результате вычислений получено, что наибольшую опасность представляют дефекты, расположен-

ные в зоне краевого эффекта. Несмотря на то, что максимальные значения суммарных осевых напряжений и,

следовательно, K

I max

в осевой зоне как рабочего, так и опорного валков выше, размах КИН больше в зоне крае-

вого эффекта, а снижение коэффициента асимметрии ведет, как известно, к повышению скорости роста

трещины.

Актуальной задачей прокатного производства является определение долговечности прокат-

ных валков.

Реальные прокатные валки после изготовления имеют значительное количество внут-

ренних и внешних трещиноподобных дефектов, связанных с плавкой и ковкой [1]. Поэтому опреде-

ление долговечности прокатных валков наиболее целесообразно провести с использованием механи-

ки разрушения посредством решения задачи живучести, то есть определения количества циклов на-

гружения (долговечности), при котором трещина вырастет от начального до критического размера.

Для оценки живучести прокатных валков сначала необходимо определить суммарные напряжения от

термической обработки и прокатки

Разработанная методика позволяет определить долговечность

валков, т. е. сделать вывод о целесообразности их дальнейшего использования после проведения

ультразвукового контроля и обнаружения в них конкретных трещиноподобных дефектов [2-4]. Ана-

лиз имеющихся статистических данных по разрушению крупногабаритных цельнокованых прокат-

ных валков в процессе эксплуатации показывает, что в подавляющем большинстве случаев, выход из

строя таких валков происходит за счет возникновения поперечных трещин [5]. Поэтому в настоящей

работе рассмотрены только внутренние дефекты, ориентированные перпендикулярно оси валка, как

представляющие наибольшую опасность, с точки зрения хрупкой прочности. Форма трещина приня-

та круговой.

Численные расчеты показывают, что максимальные суммарные осевые растягивающие на-

пряжения формируются в осевой зоне валков, причем амплитуда этих напряжений близка к нулю [6].

У боковой поверхности валка амплитуда рабочих напряжений максимальна, однако в этой области

имеют место высокие остаточные сжимающие напряжения. Поэтому циклы нагружения суммарных

напряжений оказываются отрицательными, и следовательно, не представляют опасности [7]. В связи

с вышеизложенным наиболее опасными областями являются центральные области, немного смещен-

ные от оси валка в сторону, где циклически изменяющиеся суммарные напряжения имеют ненулевую

амплитуду, а также области в зоне краевого эффекта вблизи шеек. Значения максимальных и мини-

мальных напряжений цикла, а также коэффициент асимметрии для наиболее опасных областей рабо-

чего и опорного валков сведены в табл. 1 и 2.

Оценка живучести прокатных валков осуществлена в детерминированной постановке с ис-

пользованием уравнения, описывающего линейный участок кинетической диаграммы усталостного

разрушения















max

, (1)

где

I max

– максимальное значение коэффициента интенсивности напряжений (КИН) за цикл, опреде-

ляемое исходя из суммарных напряжений от прокатки и остаточных напряжений от термообработки;

– радиус дисковой трещины;

– число циклов;

=10

-7

, m

=2,85 – эмпирические коэффициенты, за-

висящие от материала. Коэффициент

кроме материала зависит еще от коэффициента асимметрии