Formation of Residual Stresses in the Cylinders of Deep-Rod Pumps after Manufacturing Operations
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-2-87-96Keywords:
metallography, hardness, cylinders of deep-rod pumps, residual stresses, transverse wave velocities, acoustoelasticityAbstract
The influence of technological operations on the formation of residual stresses during the manufacture of cylinders of deep-rod pumps made of steel grade 38Х2МUА has been studied. The following operations are considered: delivery status, tempering, mechanical processing, ion nitriding. The measured parameters were the transverse velocities of ultrasonic waves, used to calculate changes in residual stresses, which were determined using the phenomenon of acoustoelasticity. The magnitude of the average values of residual stresses was assessed by the destructive method according to the manufacturer's method by cutting ring samples cut from pipes after the corresponding technological operations. The heterogeneity of residual stresses along the perimeter of the pipe relative to the average value after all technological operations of processing the product was noted. According to the research results, the maximum deviations of residual stresses were obtained after the nitriding operation. Witness samples were made from the cylinders, with the help of which the hardness of the nitrided layer was checked and metallographic analysis of the microstructure of the nitrided layer was carried out. The studied microstructure consists of pearlite and ferrite at the first 3 stages of operations; after ion nitriding, the microstructure consists of sorbitol-like nitrogenous pearlite with inclusions of aluminum nitrides at a depth of up to 0.3 mm from the inner surface. The microstructure of the core is ferrite-pearlite, normalized, highly tempered. The conducted research revealed the following. The heterogeneity of residual stresses along the perimeter of the pipe relative to the average value after all technological operations of processing the product, reaching 10 MPa, was noted; the maximum deviations of residual stresses were obtained after the nitriding operation and exceed 60 MPa; the microstructure in the delivered state after tempering and machining consists of pearlite and ferrite; the microstructure after ion nitriding consists of sorbitol-like nitrogenous pearlite with inclusions of aluminum nitrides. Hardness meets the requirements of design documentation.References
Сопоставление результатов экспериментальных и теоретических исследований механических напряжений при сжатии кольцеобразного образца / И. Е. Aлифанова, А. В. Федоров, И. Ю. Кинжагулов, В. А. Быченок, И. В. Беркутов // Приборы. 2022. № 12(270). С. 22-26.
Методика оценки неопределенности измерений механических напряжений ультразвуковым методом с помощью оптико-акустического раздельно-совмещенного преобразователя / А. В. Федоров, В. А. Быченок, И. В. Беркутов, И. Е. Алифанова // Контроль. Диагностика. 2021. Т. 24, №7. С. 56-61. DOI: 10.14489/td.2021.07.pp.056-061
Современное состояние методов и средств регистрации высоких температур и механических напряжений в конструкциях / М. И. Беловолов, С. О. Козельская, О. Н. Будадин, В. Ю. Кутюрин // Контроль. Диагностика. 2020. Т. 23, № 8(266). С. 30-43. DOI: 10.14489/td.2020.08.pp.030-043
Структура и свойства поверхностного слоя высокохромистой аустенитной стали, подвергнутой ионно-плазменному азотированию / Ю. Ф. Иванов, Е. А. Петрикова, С. В. Лыков, Ю. А. Денисова, А. Д. Тересов, О. С. Толкачев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2020. № 12. С. 805-815. DOI: 10.26456/ pcascnn/2020.12.805
Влияние условий азотирования конструкционных сталей на их эксплуатационные свойства и структурный метод оценки качества поверхностного слоя / Л. И. Куксенова, М. С. Алексеева, И. А. Хренникова, М. А. Гресс // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2019. № 4-1 (336). С. 163-171.
Ионное азотирование высоколегированных конструкционных сталей с ультрамелкозернистой структурой при различных температурах / Р. С. Есипов, Р. А. Абдуллин, Ю. Г. Хусаинов, А. А. Николаев // Поверхность, рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. 2021. № 10. С. 102-107. DOI: 10.31857/S1028096021100058
Рамазанов К. Н. Исследование влияния азотирования и высокотемпературного азотирования в тлеющем разряде с эффектом полого катода на фазовые превращения в конструкционных и инструментальных сталях // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2008. Т. 10, № 1. С. 100-107.
Булдакова И. В., Волкова Л. В., Муравьев В. В. Распределение напряжений в образцах труб магистральных газопроводов со сварным соединением // Интеллектуальные системы в производстве. 2020. Т. 18, № 1. С. 4-8. DOI: 10.22213/2410-9304-2020-1-4-8
Прибор и методики измерения акустической анизотропии и остаточных напряжений металла магистральных газопроводов / Л. В. Волкова, О. В. Муравьева, В. В. Муравьев, И. В. Булдакова // Приборы и методы измерений. 2019. Т. 10, № 1. С. 42-52. DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-1-42-52
Рыжова А. О., Бехер С. А., Попков А. А. Использование метода акустоупругости для контроля упругих механических напряжений в материале колец подшипников // Дефектоскопия. 2020. № 11. С. 28-37. DOI: 10.31857/S0130308220110032
Кондратенко Л. А., Миронова Л. И. Остаточные напряжения при радиальной деформации стальных труб // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2022. № 1. С. 70-76. DOI: 10.52261/ 02346206_2022_1_70
Влияние поверхностного механического упрочнения на релаксационную стойкость сталей / Г. В. Мураткин, Д. А. Болдырев, Л. И. Попова, С. Г. Прасолов // Сталь. 2021. № 5. С. 33-35.
Хлыбов А. А., Углов А. Л., Рябов Д. А. Об особенностях использования явления акустоупругости при контроле напряженного состояния анизотропного материала технических объектов при отрицательных температурах // Дефектоскопия. 2021. № 1. С. 23-32. DOI: 10.31857/S0130308221010036
Хусаинов Ю. Г. Исследование структуры, фазового состава и механических свойств упрочненного слоя стали аустенитного класса при локальном ионном азотировании с эффектом полого катода // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. Т. 18, № 8(212). С. 379-384. DOI: 10.36652/1813-1336-2022-18-8-379-384
Особенности разрушения азотированных образцов сталей 38Х2МЮА и 30Х3МА / А. В. Славин, А. А. Ляхов, А. А. Вишталюк, О. В. Кузьмина, И. В. Гулина, Н. О. Яковлев, А. В. Гриневич // Труды ВИАМ. 2021. № 9(103). С. 76-84. DOI: 10.18577/ 2307-6046-2021-0-9-76-84
Прохоров А. П., Баранова А. А. Перспективы развития процессов химико-термического упрочнения легированных сталей (обзорная информация) // Тенденции развития науки и образования. 2021. № 70-2. С. 78-85. DOI: 10.18411/lj-02-2021-59
Дементьев В. Б., Иванова Т. Н., Ломаева Т. В. Исследование процесса азотирования легированных сталей // Химическая физика и мезоскопия. 2020. Т. 22, № 3. С. 299-306. DOI: 10.15350/17270529.2020. 3.29
Загибалова Е. А., Москвина В. А., Майер Г. Г. Влияние метода и температуры ионно-плазменной обработки на физико-механические свойства поверхностных слоев в аустенитной нержавеющей стали // Frontier Materials & Technologies. 2021. № 4. С. 17-26. DOI: 10.18323/2782-4039-2021-4-17-26
Петрова Л. Г., Сергеева А. С. Поверхностное упрочнение коррозионностойких сталей ионным азотированием в аммиачно-аргонной смеси // Технология металлов. 2024. № 1. С. 10-15. DOI: 10.31044/ 1684-2499-2024-0-1-10-15
Особенности формирования остаточных напряжений в поверхностных слоях и покрытиях / С. Я. Бецофен, А. А. Лозован, В. С. Моисеев, С. С. Александрова, Н. А. Иванов, А. Н. Быкадоров // Деформация и разрушение материалов. 2023. № 10. С. 30-40. DOI: 10.31044/1814-4632-2023-10-30-40
Хомутов А. С., Муравьев В. В. Выявление дефектов цилиндра глубинно-штангового насоса после ионного азотирования // Интеллектуальные системы в производстве. 2023. Т. 21, № 2. С. 16-26. DOI: 10.22213/2410-9304-2023-2-16-26
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2024 Виталий Васильевич Муравьев, Алексей Сергеевич Хомутов, Ольга Владимировна Муравьева, Елена Альбертовна Степанова, Вера Денисовна Попова
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.