автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Повышение коррозионно-механической долговечности деталей с конструктивными концентраторами напряжений лазерной обработкой

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕ.ДИ НЕФТИ И ГАЗА Ш£НИ И.Ц.ГУБКИНА

-ОД------------------------------

На правах рукописи

АШИГШ ДМИТРИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ

УДК 62-192:620.193+621.9.04

ПОВШШИЕ КОРНШОННО-МЕХАНИЧЕСКОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ С К0НСТРУ1ГГИВН1Ш1 КОНЦЕНТРАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЙ •ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКОЙ

Специальность 05.03.06 - "Технология и машины

сварочного производства"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 190 г.

Работа выполнена в Государственной академии не^ти и газа иы. И.U.Губкина

Научный руководитель: кандидат технических наук,доцент АВАНЕСОВ B.C.

Официальные оппоненты: доктор технических наук АЛЫМОВ Б.Т. кандидат технических наук ГАЛКАНОВ В.А.

Ведущее предприятие: ВНИИНЕСТЕЫАШ

Защита состоится " ? Т " 199^г. ъ ауд._

на заседании спесиализироваииого Совета Д.053.27.07 в Государственной акадаыии не$ти и газа ии.И.Ц.Губкина по адресу 117917»Москва,Ленинский проспект 65

С диссертапгей uoeho ознакомиться г библиотеке Государственной академии не?ти и газа ни. И.И.Губкина

Автореферат разослав и_" 1994 г.

Ученый секретарь Спапиаяваированного Совета

ЗОРИН E.S.

0Б1ЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Актуальность проблемы. Коррозп-оино-иохакическое разрушение бурильного инструмента, и в частности бурозьк замгеой, является одной из вазиых проблем, возникавших при разработке нефтяных и газовых месторождений. Необходимость бурения все более глубоких скважин, увеличение тедаов бурения эначителько увеличивает нагрузки на бурильную колонну. При этом разрушение бурильной колонны из-за усталости наблгдается в 80% случаев всех аварий о буроиыа инструментам. А затраты на ремонт сквазины после аварии составляет 20-40^ от стоимости ее бурения.

Это требует создания конструкционных иаторкалов с по!£Плехсом свойств, обеспечивающих их высокуэ работоспособность, надежность н долговечность в точеняи всего запланированного ресурса эхеплуа-таши в условиях воздействия агрессивные промывочных звдкостеГ! а высоких циклических нагрузок. Создшйо такого комплекса свойств трзбует установления взаимосвязи ногсду структурой гатернала, механизмом разрушения и параметрами упрочнения.

К оффзк'гивнкц способаы повышения сопротивления керрозион-цо-шхашгаескоцу разруоаияо относится использование напраолсшо-го воздействия потоков онергик на поверхность металла, в частности исполъзспенио лазерного излучения. Это позволяет получать. принципиально ноше состояния поверхностных слоев мэталла - ла-зерно-эакаленннх сяоаз (ЛЗС) с формированием особых фязшю-кэ-хакическях, элогтроипог:аских и других свойств. Дгя повизекия долговечности таяих струзстурно-неодаородтд: цзтерпмов необходимо исследование сопротивления зароцдегктя а росту усталости,« трещин в ЛЗС, при шикчия -.оррозкояноЯ ерзды. ; .

Приведенные Аакты говорят об актуальности применения линейной механики разрушения в сочетании с физическими методами исследования поверхностей разрушения для исследования механизма зарождения в роста коррозионно-усталостной трещины г ЛЗС и выбора оптимальных режимов лазерной термической обработки сталвР применяемых в конструкциях не?тегаэодобиьающего оборудования.

Цель работьсПогышение усталостной долговечности деталей с концентраторами напряжений,работающих в коррозионных средах лазерной обработкой.

Задачи исследования:

- Установление закономерностей и ведущего механизма зарождения и роста коррозионно-усталостной трещины в ЛЗС

- Изучение алияиия режима ЛТО на характеристики прочности, усталости и трещиностойкости ЛЗС б условиях воздействия коррозионной ^рвды.

- Разработка режимов лазерной обработки для упрочнения резьбы бурогЫХ 881'ков .

Научна? новизне работы.

- Разработана методика опенки циклической трздпностойкоетя лазерно-аакаленных слоэв.

- Использование подходов лпяейной механики разрушения для оценки параметров греяпностоЁкоств ЛЗС.

- Определение с использованием метода оптически-прозрачных моделей ков^ициснса вптоЕСпвяооги капряжекяй краевой трещина прв вягнбо пркмоугрльвой пластины с треугольвым надрезом.Уста-новдоао веявчшт и характер блеяекя зоны концентрация иепрякенп ша вепря8евво-дв$ориаро?анЕое соотояние (НДС) треаины,

, ' - ОбЕарухен э^ект вагрычвя коротких трездан (0,1 - 0,2мм),

о.

растущих в ЛХ.

- Показано, что в отличие от стадии зарождения коррозионно-усталостной трещины, ЛТО оказывает положительное влияние на кор-розконно-цикличесную трепршостойкость (КЦГ) ЛХ.

- Отмечено несовпадение пороговых эффективных НИН для несходного и упрочненного ЛТО материала вследствие наличия в ЛХ объемного напряженного состояния в результате цартенситных превращений при ЛТО.

- Установлено влияние режима ЛТО на величину стационарного потенциала лазерко-гакаленного слоя.

Практическая ценность работы:

Установлено, что изучаемый метод лазерной обработки применим для повышения долговечности деталей с концентраторами напряжений, работающих в коррозионных средах. Показана возможность повышения условного предела выносливости стали в коррозионной среде, за счет формирования электрохимической гетерогенности сопряженных поверхностей, с протекторной защитой наиболее напряженных участков - еда-дины замковой резьбы - концентратора напряжений. Предложены реки- ' мы ЛТО, обеспечивающие максимальное сопротивление зарождении и росту корроэионно-усталостных трещин.

Проведенные стендовые и промышленные испытания упрочненных, буровых замков показали увеличение усталостной долговечности в 1,3-1,5 раза. Рекомендации переданы машиностроительному зазоду им.Ки-роЕа г.Баку для внедрения п производство.

Методы исследований, использованные в работе. Исследование фазовых и структурных превращений после лазерной обработки сталей производилось с помощью рентгеноструктурного и металлографического методов анализа. Определение характеристик статической и циклической трзщиностойкостд основного металла и ЛХ проводилось с

б.

использованием разработанной автором и стандартных методик проведения испытаний на статическую и циклическую трещиностойкость с применением методов микроскопической фрактографии и оптической микроскопии. Для определения предела выносливости использовался метод вихревых токов. Электрохимическое поведение материалов исследовали путем снятия катодных и анодных поляризационных кривых с использованием стандартных потенциостатических методов. Оценку скорости коррозии проводили методом поляризационных сопротивлений в 3% растворе ньи в дистиллированной воде. Обработку поверхности излучением лазера проводили на установках ЛТ-И и ТЛ-1,5.

о

Удельная погонная энергия лазерного излучения составляла 4 х 10 -- 9 х Ю3 Дк/см^. Время взаимодействия излучения с веществом

о о

при лазерной обработке - 10 - 10 с.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научном семинаре "Конструкционная прочность материалов" Отдела деформирования к механики разрушения Института Машиноведения АН СССР (Москва, 1991г.),- 4 Республиканской научно-технической конференции "Повышение надежности и долговечности машин и сооружений" Одесса 1991г., на заседании специализированного научного семинара кафедры "Сварка и защита от коррозии" ГАНГ имени И.М.Губкина.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 5 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и прилокений. Работа изложена на страницах, содержит рисунка и таблиц. Спи-

сок литературы состоит из наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность тема.

В первой главе на основе анализа отечественной и зарубежной литературы приведены данные о условиях работы, причинах н характере корроэионно-механичесхого разрушения бурильной колонны. Показано, что наиболее часто аварии происходят из-за разрушения резьбовых соединения буровых замков, работаззгрсс под воздействием циклических нагрузок и промывочных явдкостей.

Рассматривается механизм взаимодействия лазерного излучения с повфхностьэ металла, исследуется влияние режима упрочнения на зорроалокцув стойкость, прочность и долговечность всэникапцих л аз зри о-г акал енных слоев. Отмечается, что з литературе не полностью выявлены особенности корроэиокно-мзханического разрушения вогни-кащих 13С. Огракичешюе число сведений и противоречивость результатов не позволяют определить комплекс характеристик, воздействуя на которые заварной обработкой, возможно повшские усталостной долговечности упрочненных деталей, работащих в коррозионных средах. ВсдедстЕки чего, при выборе реетмов лазерной обработки используют тривиальный най&р механических характеристик: глубина упрочненного слоя, нйкротвердость, выбирая рзаимы, обеспечивзюцио их кансймаяьноэ значение.

На основании сналкза методов экспериментальной мзхекнки разрушения прэдставлеш современные положения о циклической и статической трещиностойкости материалов, проаналиоиройзны основные закономерности н характерные особенности роста усталостной трелаош (РУТ) в условиях воздействия разнообразных сред. Кратко рассмотрены свяьи характеристик трещкностойкосгл с надежность» и долговечностью материалов и злнлнкэ на нах различных упрочняяцйх'- .Обра-г

боток. Сформулирована цель диссертационной работы, определены задачи исследования.

Во второй главе рассматривается влияние реаимов лазерной обработки сталей 15,35,45, У12 и 40£Ш. на изменение: структуры, фазового состава, остаточных напряжений, фаэико-ксяшшческнх и олектрохимических свойств яазерно-закаденного слоя.

Высокие скорости нагрева к охлаждения, характерные для ЛТО, обуславливают своеобразное фазовое, структурное, напрязенное и электрохимическое состояние поверхностных слоев металле. 'Микроструктура лазерно-ашшленного слоя состой^ как правило, иэ иелкоиголь-чатого (реечного) мартенсита, остаточного аустенита (кроме стали

40Х1Ш) и дисперсных карбидов. Дисперсность мартенсита (средний

2 —3

размер игл) колеблется в пределах 10 - 10 мл к определяется ро-кимом обработки. Наименее дисперсная структура мартенсита у лазер-но-закаленнаго слоя, пожученного с сплавом поверхности, В этом случае структура характеризуется дендритной ориентацией пластин иар-тенсита по направлению тепаоотвода црксгаллизущзгосл мзталяь ев к5!дкого состояния. Остаточного оустенлть в лаоерно-аакаленнои слое стели 40ША обнаружено исааого, что объяснится его вогшоанш распадом в процессе сшэотпуска мартенсита.

В лазерио-еакадениои слое увеличивается дефектность кристаллической резэтеи. Возрастает плотность дислокаций, которая достигает 5,6 х 1(Г12си 2(сталь 40ШЛ).

, Миаротвардость лазерно-ешгалениого слоя правосходи? кикро-•твердость шртенскта обдакой ешишсн на 30-50& в стали после кор-налиаадкн в £-3 раза. Увогкченяз содерааияк в стези углерода, лсгк роваюш ео сроком, иагкбдскои, ванадием (для ккэко и средноугяеро-Д18с»шс сталей) ловгсаат ыккро^вардоегь газгряо-вакаленных: слоев,

вследствии легирования основных фаз и измельчения структуры мартенсита. Под лазерно-закаленным слоев - на стали 40Х.л-1>А, прошедшей операцию улучшения, - в случае обработки с высокими удельными погонными энергия:-«!, обеспечивающие о плаз поверхности, возникает зона пониженной - даже по сравнению с основным металлом, микротвердости. При меньших удельных погонных энергиях на всех исследованных в работе сталях, под лазерно-закаленным слоем располагалась переходная зона,в которой микротвердость плавно уменьшается до исходной величины основного металла. Понижение иикротвердссти в первом случае объясняется вторичным отпуском металла. В зависимости от теплопроводности металла в ЗТВ наблюдаются продукты распада мартенсита, а плавное понижение микротвердости переходной зоны связывается с постепенным переходом структуры неполной закалки в структуру основного металла.

Лазерная обработка изменяет эпюру распределения остаточных напряжений I рода. Так, если на поверхности дна концентратора напряжений их величина, после лезвийной обработки близка к нулю, а по мере удаления от поверхности увеличиваются напряжения растяжения, которые затем переходят в напряжения сжатия, то после лазерной обработки концентратора напряжений максимум остаточных напряжений всегда' приходится на поверхность. -Меняется только знак в зависимости от удельной погонной энергия. При обработке с высоки?.« удельными погонными энергиями, при которых наблюдается оплаз поверхности, здесь-располагается максимум остаточных напряжений, переходящих затем в сяшмащае е ЗТВ. Аналогичная картина, только с обратным знаком наблюдается при обработке без оплава поверхности.

Как показали электрохимические исследования, лазерная обработка повышает эффективность анодных и катодных процессов, о чем'

свидетельствует уменьшение коэффициентов и тафелевских участков анодной и катодной поляризационных кривых. При зток их величина зависит от режима лазерной обработки. Однако, изменение гонкой структуры поверхности после Ж), в частности, увеличение плотности дислокаций - приводит к увеличении числа активных мест на поверхности, на которых происходит адсорбция кислорода и формирование фазового окисла и гидроокиснохлоридных соединений, которые образуют защитную пленку на поверхности, вследствие чего токн растворения IX на стали 40ХЛФА уменьшается в 3 - 10 раз. Обнаружено значительнее облагораживание стационарного потенциала при с<5-

о г

работке без опяава поверхности (-518 ыВ н.в.з, ^ =6,0 10 Де/сы* или разблагораживание, при обработке с оплавом поверхности (-640м! н.в.э, "9 х

103 Дк/см2), при значении стационарного потенциала необработанной поверхности -580 мВ, что указывает не возкозк-ность использования ЛЗС, как катодных покрытий.

I В третьей главе приведены результаты исследования влияния лазерной обработки на статическую трещиностойкость и сопротивлани: стали с различным содержанием углерода зарождений трещаи в ЛЗС. Проведенные исслодования на оптически-прозрачных моделях методой фотоупругости показали, что по мере увеличения размера подповерхностной трегршы, расположенной в зоне концентрации напряжений» Ш в ее кэршине обращенной к поверхности дна надреза - концентратора напряжений - растет стремительно и уже на расстоянии С}3-С54 ьс.: от дна надреза КИН в вершине трещины существенно превосходи? этот параметр в ее вершине, расположенной в толще материала. На резкое увеличение КИН в вершине подповерхностной трещины указывав? и фра] . тографкческке исследования изломов образцов исследуемых м&териало: Это находит свое отражение в смене микромеханизма разрушения лазе]

закаленного слоя, вследствие чего выход на поверхность происходит по механизму кратковременного разрушения, на что указывает меазе-рзнное разрушение приповерхностного слоя толщиной - 40 нхм, что характерно для мартенсита при испытаниях на вязкость разрушения. Вследствие этого, трещиностойкость поверхностного лазерко-закален-иого слоя является барьером на пути выхода трещины на поверхность и превращения ее в краевую трещину.

Определение вязкости разрушения ( Кц ) производилось с применением критериев подобия локального разрушения для учета микро-кеханиэыа разруления, контролирующего скорость процесса. При этом использовалась установленная В.С.Ивановой связь и с

учетом критериев локального разрушения (/? и Я" ),где показано, что уровень 01, относится к области, в пределах которой

досткзениа предела усталости контролируется переходом от квазиупругого к упругопластическоцу отрыву прн зароддешш трещины критической длшш ^з . Установлено, что изменение удельной погонной энергии лазерного излучения не оказывает влияния на зязяость ргзруше-шш К/с во всем диапазона изменения содергкния углерода в стали. Однако, зависимость коэффициента вязкости разрупекня от содераания углерода в ЛЗС носит экстремальный характер,изменяясь от 71 Ша\Гм дяя ЛЗС стали 15, до 77 МПаУЙ для ЛЗС стали 45 и понигаясь до. 75 1ШаУ М для IX стали У12. Известно, что на вязкость разрушения большое влияние ожгив&вт прочность ;г остаточныэ напрягеяля в ла-зерно-ааналеннон слое, однако, их блигашо взошоисхлотаяце. Для малоуглеродистой стали 15, где остаточнко напряжения калы, характерно сшгзение К,с ЛЗС по сравнения с величиной Ке 120 »Па/ М для необработанного'металла. Максимальная величзша . вязкости, разрушения лазерно-закаленного слоя приходится на область содераания

углерода 0,35-0,45^ С, для которой оптимально сочетание прочности Боэник&щего мартенсита н характерна наибольшая величина остаточных напряжений саатия. Некоторое снкдение вязкости разрушения при дальнейшем увеличении углерода объясняется»очевидно, повшаекной прочностью образующегося мвртогсгта.

Лазерная обработка такко побьешо? сопротивление стали зарог&е-нию усталостной трещину. Так .предел выносливости исследованных сталей с концентратором напряжений (теоретический ко&ффициент концентрации с(о> ^2,5), увеличивается ка 30-50^. Наибольшие абсояат-ные значения предела выносливости зафиксированы для стала У12,что связано с полнотой кзргенситных превращений при Л1'0 н повызенион содержании углерода в картенсите. Дня стали У12 таете характерно повшение долговечности лазерно-закалеикого слоя с повцзениеи удельной погонной гиергик. Так, при одинаковой чкеде циклов до разрушения основной кеталд с феррито-цвкеятигкой структурой разрушается при иаксимальных н&прженккх цикла (У -330 МПа»

о р

а для клртенскта ЛЗС, полученного пр;; ^ >9 2 10 Дз/сьг, разрушение при данном уровне напряжения наступает пр,; // «7 «10^ цкгслов. Однахо, для доезтектоидшх сталей повьезквд дожтовечаоети но столь ытчетелько.

В четвертой глава щшедекн рзэугьуаты исследования удельной погонной шорт: хаазрпей обработан на трвщаюстойкссгь к сопротивление усталости стаен 40ХКЗА в коррозионной среде.

Влияние «еэериой офаботаи I» »арогдензе трзцнну нбодзогаач-но. Обработка с »0,6 г 103 Дг/су2, црпзаяа к оакэтнку сни-«ешю прадеда вшосяигаста, сдж&с, Есвзль&одаше реааков с аеньзай .удел&кой погогагоа енорше! уза оЗ^еейг» существенное повькзша уста&сетаэ& црочйомаг, 0&щ.»уаежныЗ отрицательный лазерной

обработки при использовании режима с максимальной удельной погонной энергией являемся исключением и объясняется те:*, ч-ío применение данного рггияа приводило к образованию третей у дна концентратора. Это фактически кендтс&ло стадип здроядения трещдны, и, естественно, псшксало порог усталости образцов ка воздухе. Лазэрная обработка однозначно понижает сопротивление эароддежто коррозионно-усталостной трещины, при этом отрицательный эффект усиливается с повышением прочности лазерного слоя (ркс.1). Однако, до (J^j, -1500 ¡illa значение условного продела выносливости остаются ка постоянном уровне, а при дальнейшем его повышений yse существенно уменькгются. Д1к выяснения кзханизиа влияния ксррозисшюй среды на процесс разрушения проводились испытания с коложениеи вневнвй поляризации. Уменьшение условного прэдела екносливости при анодной поляризации н его повшениэ пря катодной поляризации, свидетельствует о реали-е&цни кзхелкзха локального «{одного растзорэния на стадия зарождения усталостной трецшш. Зт-от фагга указывает ка то, что изкенекио усталостной прочности ка воздух« к в сряде кс<:?рол;?рус?ся одвкки i! tetm zg фгктерагш, только в аорэом случае oras влияет положительно, a so втором - отряцзтадьяо. Коако предпелоаить, что определя»-врга фактором одвсь внмушвч! степень кскавеняя »фзстаялическоа ' рваеткя. Чем вкзв концентрация дефектов решетки и, таким обраэои, число актиЕншс центроз на поверхности, теп интенсивнее с одной сторона протекает эяек'зроззгкйчееккэ процессы (отмоченное so второй глагз падение кичегей! ггфолевских косЗфщаентов), а с другой тем более Гфочкой будет хеяееорбцноншш евкзь аачитаой окаенсЯ пленки с повзркиаетгл Matasen. Прт дзк&гсзсксм нагруненяя происходит pss-ругеш» огленой пзейхя, Сольсаа плотность дисловацяВ ухудвает рэзаясацаонвав.сяойства вовсрдаестного слоя. В этом случая кнтеи»

скфицируется процесс анодного растворения и тем сильнее, чем нигде тафелевскиз коэффициенты. Поскольку поверхность оказывается менее

стойкой к заровдснию усталостной трещины, чей ЗТВ, это исключает «

зарождение подповерхностной трещины.

Процесс взаимодействия краевой трещины с треугольным вырезом в прямоугольной пластине исследовался на оптически-прозрачных моделях фотоупругости. Метод позволил провести измерение максимальных касательных напряжений в оптически-прозрачных моделях и на основе решения задачи теории упругости для областей с клиновидными вырезами найти Kj . Определение Kj в случае оптически-прозрачной кодоли сводится к определенна безразмерного коэффициента ку (•) в формуле:

где (J^ - номинальное прилокенноо напряжение £ - длина трещины Значения ^ ( • )-но завися? от абсолотных размеров тела с трещиной и от величины внешних усилий. Для короткой трещины, расположенной в высокоградиентном поле напряжений возле концентратора .

[fs ( • ) приведена (рис.2). Для трещины, длина которой превышас характерный размер концентратора напрянений,значения if ( • ) совпадает со справочными значениями ( • ) для случал полуплоскости, так как в этом случае концентратор можно считать продолжением трещины.

При помощи полученного коэффициента ( • ) и разработанной методики были определены характеристики циклическойтрещиностой- V кости и построены кинетические диаграммы усталостного' разрушения коротких трещин, растущих в лаэерно-закаленных слоях. При этом троцина отвечала всем граничным условиям, накладываемым линейной '

механикой разруиекия. Построение КДУР показало, что ЛТО благоприятно влияет нз цгшллческую трециностойкость на воздухе и в коррозионной среде, При этом эффект возрастал с уменьшением КИН и . Однако, во всем диапазоне использоБанных^циклическая трещиностойкость яазерно-закаленного слоя бьиа выше, чем исходного материала. Кроме того, для исходного каториала, в случае короткой трещины не быио обнаружено закрытия треьдош ЗТ (рис.3), отсюда номинальный размах КШ равен эффективному А ¡(^ , а КДУР тождественна эффективной ИДУ?« В дазерно-закаленном слое выявила значительный уровень закрытия трещины (рис.3), что обусловлено влиянием остаточгыг сгимащих напряжений, Те режимы ЛТО, которые ведут к более сштьному проявлению ЗТ, являются наиболее эффективными с точки прения повшения циклической трещиностойкости. Однако, эффективные порог*- усталости и эффективные КДУР з области низких и средних КШ нозшо считать независимыми от реттв ЛТО. Это означает, что эффект воздействия ЛТО на циклическую трещиностойкость жаяерао-закалежого слоя, з общем можно объяснить посредством вли-ткя ЗТ. Анализ РУГ в лаэерно-заяаленном слое при помощи концеп-

3?, указывает, однако, на одну особенность. Эффективные пороги гятьлоети оказались существенно выне й исходного материала Сркс*4), хотя к слабо гависят от ренина ЛТО. Очевидно, почта дву-«фс?кое П0Е1и1:СгГк^ уровня аНщ закаленного слоя обусловлено осо-бжгоетями распределения в нем остаточных нацрякекий. ¿¿аргенситное йрекркцениа и приповерхностном слое в результате ЛТО сопровождается /Ееличешек объема, что обуславливает появление остаточных на-?го.'гго":Л1й сжатия I рода, вызцваащих <"окное напряженное состояние. Йместя с тем, вкопориакятальнко оценки ЗТ базируются на связи мзвду ккеанвй нагрузкой к перемещениями а плоскости поверхности, и, рте-

аз л

Рис. I Обобщенная диаграмма зависимости характеристик трещиностойкостк и прочности от удельной погонной энергии излучения

1. предел выносливости (ЗГ основного металла и ЛЗС на воздухе.

2. предел выносливости (£*' основного металла и ЛЗС 3 % NACL

3. условный предел текучести*^ основного металла и ЛЗС.

4-, циклическая вязкость разрушения К.- основного металла и ЛЗС.

5. пороговый КИН ДКц, основного металла и ЛЗС taa воздухе.

6. пороговый КИН лКШс основного металла и ЛЗС в

3% NAC.

— О - по данным автора

- О - по (5 )

б)

Рис. з Зависимость ЗТ от различных фактороо

а) Заиасимость ЗТ от длины трещины ,".

б) Зависимость ЗТ от КИН в вершине трещин

й — q-0; □ — q-7,0xl03 Дж/смг О — q=6,0xl03 Дж/см светлые символы - воздух темные символы - 3% NACL

' Q

10

-7

-8

10

-9

10

-10 10 ■

0 2,0

5,0

10 15 20 2530

д Ke ff МП alW

Рис.4 Инвариантная КДУР стали 40ХМФА

1. Основной металл: воздух и 3% NACI; R=0 и R=-l; f=5. Гц и f=l Гц.

2. ЛЗС: воздух, R= 0 и R=-l; f=5 Гц

3. ЛЗС:. 3% NACI, R=0 и R=-.t;f=l Гц

•¿о

видно, способны отражать лишь наличие остаточных напряжений, действующих в этой плоскости ( С^ ). Остаточные напряжения

оказывают влияние ш. КИН, что однако, не отражается на эффекте ЗТ, «

Выявлено влияние асимметрии нагружения на ЗТ в лазерно-закален-ноы слое. Характерное для коротких трещин, растущих в лазерно-за-каленном слое и нулевой асимметрии нагружения, ЗТ исчезает при симметрическом цикле, что мозно объяснить особенностями механики усталостного роста трещин при сжатии. С учетом найденных экспериментально зависимостей характеристик надежности от удельной погонной энергии лазерного излучения бюв разработана технология обработки резьбы ниппеля и цуфты бурового замка с различными р. , обеспечиващиыи протекторную защиту впадины резьбы ниппеля, как наиболее вероятного участка возникновения коррозионно-усталостной трещины.

0Б1ЩЕ вывода

1. Определены температурнс-силовые и энергетические условия, необходимые для создания требуемого структурно-напряженного и фазового состояния, физико-механических и электрохимических свойств металла при лазерном упрочнении, показаны пути управления этими свойствами, с целью обеспечения высокой надежности и долговечности деталей с концентраторами напряжений в коррозионной среде.

2. Показано, что в упрочненном лазерном слое возникает благоприятное объемно-напряженное состояние, обеспечизаицее двухкратное повышение порогового коэффициента трещиностойкости й ¡{¿^ .

3. Лг/эерно-закаленный слой имеет благоприятные электрохимические характеристики и обладает повышенной коррозионной стой-

костьв. При определенных регшыах обработки ЛЭС работает как катодное протекторное покрытие.

4. Установлена высокая трециностойкость и сопротивление усталости лазерно-закаленкых слоев. При циклическом нагруяенки эти слои значительно тормозят процесс зарондения и развития ТреЩИНЫ.

5. Определен оптимальный реакм лазерной термообработки резьбы ниппеля и муфты бурового замка из стали 40ХМФА, благодаря которой происходит катодная защита впадины резьбы ниппеля.

Публикации по материалам диссертации:

1. Стеклов О.И., Аванесов B.C., Аеигпн Д.Г., Я;шревич Д.И. Определенно характеристик трещиностойкосги в тонких поверхности слоях концентраторов напряаений//Тознсы докладов международной конференции "Сварные конструкции". - Киев, I990-C.S7.

2. Аванесов B.C., Авягян Д.Г. Влияние лазерной еакалгл на яоррозионнуо усталость стали 40ХМФА//Гезнсы докладов ХХШ семинара по дкффузнонноку нась^зшш и защитным покрытиям. -Ивано-Франковск, I990.-C.237.

3. Ашгян Д. Г. Применение лазерной обработки для повете-кия корроэимшо-усталостной долгове'-зюсти бурогах зам-ков//Тезисы докладов Всееовзиой конференции "Проблем развития нефтегазового коЕяйекса страны". - Красный Курган, I99I.-C.I2I.

4. Стеклов О.И., Аванесов B.C., Аеигян Д.Г., Яяирссич Д.И. Определение характеристик трещкностойкостп в тонких поверхностных слояз^/Техннчесаая диагностика и перазрутащкЯ контроль,.1991, 3.-С.12-16.

5. Аванесов B.C., Аютяи Д.Г., Ннккфорчин Г.Н., Цнруль-