Автофреттаж
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2009 г. ) |
Автофреттаж — это процесс наклепа, при котором сосуд под давлением (толстостенный) подвергается огромному давлению , в результате чего внутренние части детали пластически поддаются , что приводит к внутренним сжимающим остаточным напряжениям после сброса давления. Целью автофреттажа является повышение несущей способности конечного продукта. Создание остаточных сжимающих напряжений в материалах также может повысить их устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением ; то есть немеханическое растрескивание, которое происходит, когда материал помещается в коррозионную среду при наличии растягивающего напряжения. Этот метод широко используется при производстве цилиндров насосов высокого давления, стволов военных кораблей и орудий, а также систем впрыска топлива для дизельных двигателей . Благодаря процессу закалки он также незначительно увеличивает срок службы ствола. Хотя автофреттаж вызывает некоторое упрочнение , это не основной механизм упрочнения.
Отправной точкой является одна стальная трубка внутреннего диаметра немного меньше желаемого калибра. Трубка подвергается внутреннему давлению, достаточному для увеличения диаметра отверстия, и при этом внутренние слои металла растягиваются за пределы предела упругости. Это означает, что внутренние слои растянулись до такой степени, что сталь больше не может вернуться к своей первоначальной форме после снятия внутреннего давления. Хотя внешние слои трубки также растягиваются, степень внутреннего давления, приложенного во время процесса, такова, что они не растягиваются за пределы предела упругости. Причина, по которой это возможно, заключается в том, что распределение напряжений по стенкам трубы неравномерно. Максимальное его значение наблюдается в металле, прилегающем к источнику давления, заметно уменьшаясь к наружным слоям трубки. Деформация пропорциональна напряжению, приложенному в пределах предела упругости; поэтому расширение внешних слоев меньше, чем расширение отверстия. Поскольку внешние слои остаются эластичными, они пытаются вернуться к своей первоначальной форме; однако им этого полностью не позволяют новые постоянно растянутые внутренние слои. В результате внутренние слои металла сжимаются внешними слоями почти так же, как если бы внешний слой металла был усажен, как при встроенный пистолет . Это можно лучше понять, если предположить, что толстостенная трубка является многослойной. Следующим шагом является подвергание деформированных сжатием внутренних слоев низкотемпературной обработке (LTT), в результате чего предел упругости повышается, по крайней мере, до давления автофреттажа, используемого на первой стадии процесса. Наконец, эластичность цилиндра можно проверить, приложив внутреннее давление еще раз, но на этот раз необходимо следить за тем, чтобы внутренние слои не растягивались за пределы нового предела упругости. Конечным результатом является внутренняя поверхность ствола ружья с остаточным сжимающим напряжением, способным уравновешивать растягивающее напряжение, которое может возникнуть при выстреле из ружья. Кроме того, материал имеет более высокую прочность на разрыв из-за наклепа. [ 1 ]
На заре истории артиллерии люди заметили, что после выстрела небольшого количества снарядов канал нового орудия слегка увеличивается и затвердевает. [ 2 ] Исторически первым типом авангардного автофреттажа была дорновка бронзовых стволов орудий, изобретенная и запатентованная в 1869 году Сэмюэлем Б. Дином из South Boston Iron Company . [ 3 ] Но на американском континенте оно не нашло применения и было скопировано. [ 4 ] без лицензии [ 5 ] Франца фон Ухатиуса в середине 1870-х годов. Он нашел некоторое применение в нескольких европейских странах, где не было сталелитейной промышленности, но был быстро вытеснен литой сталью повсюду, за исключением Австро-Венгрии, которая придерживалась устаревшей технологии до Первой мировой войны. [ 6 ] и поэтому их артиллерия была повреждена. [ 7 ]
Проблему усиления стальных стволов орудий по тому же принципу решил французский колониальный артиллерийский полковник Луи Фредерик Гюстав Жакоб, который в 1907 году предложил нагнетать в них гидравлическое давление и ввёл термин «автофреттаж». В 1913 году Шнейдер-Крезо изготовил таким методом морскую пушку калибра 14 см L/50. [ 8 ] и подал заявку на патент. [ 9 ] Однако реализация такого метода в промышленном масштабе потребовала численных методов для аппроксимации решений трансцедентных уравнений пластической деформации, которые были разработаны во Франции во время Первой мировой войны профессором математики Морисом д'Оканем и инженером Шнайдера Луи Потеном. [ 10 ]
В современной практике матрица немного большего размера медленно проталкивается через ствол с помощью поршня с гидравлическим приводом. Величина начального внутреннего диаметра и увеличенного размера штампа рассчитывается таким образом, чтобы деформировать материал вокруг отверстия выше предела упругости и вызвать пластическую деформацию. Остаточное сжимающее напряжение остается на внутренней поверхности ствола даже после окончательного хонингования и нарезки.
Этот метод был применен для расширения трубчатых компонентов нефтяных и газовых скважин. Метод запатентован норвежской нефтесервисной компанией Meta, которая использует его для соединения концентрических трубчатых компонентов с указанными выше уплотняющими и прочностными характеристиками.
Термин автофреттаж также используется для описания этапа производства сосуда высокого давления с композитной оберткой (COPV), на котором лейнер расширяется (путем пластической деформации) внутри композитной обертки. [ 11 ]
См. также
[ редактировать ]- Дробеструйная обработка , которая также вызывает сжимающие остаточные напряжения.
- Сборное ружье , старый метод укрепления стволов оружия.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Брасси, Системы и технологии боевого оружия том II, «Пушки, минометы и ракеты», автор Королевский военный колледж науки Дж. В. Райана, Шривенхэм, Великобритания.
- ^ Гай, Альберт Э. (1920). «Автофреттаж» . Армейская артиллерия . 1 (3): 126–129. JSTOR 45354430 .
- ^ Патент США 90244A.
- ^ «Английская механика и мир науки» . 1881.
- ^ Ван Слик, доктор юридических наук (1879). «Производители и мануфактуры Новой Англии: триста пятьдесят ведущих производителей Новой Англии» .
- ^ Дреджер, Джон А. (11 августа 2017 г.). Тактика и снабжение в армии Габсбургов, 1866-1918: расходы на наступление . Спрингер. ISBN 9783319576787 .
- ^ «Страница:EB1922 — Volume 30.djvu/274 — Wikisource, бесплатная онлайн-библиотека» .
- ^ «Артиллерийское обозрение: выходит 15 числа каждого месяца» . Июль 1920 года.
- ^ ФР 472169А
- ^ Обен, Дэвид; Гольдштейн, Кэтрин (7 октября 2014 г.). Война оружия и математики: математические практики и сообщества во Франции и ее западных союзниках вокруг Первой мировой войны . Американское математическое общество. ISBN 9781470414696 .
- ^ Пэт Б. Маклафлан; Скотт К. Форт; Лори Р. Граймс-Ледесма (март 2011 г.). «Сосуды под давлением с композитной оберткой, учебник для начинающих» (PDF) . НАСА . Архивировано из оригинала (PDF) 21 апреля 2015 г. Проверено 4 июля 2015 г.