Strength of mining and building equipment materials subjected to gigacycle loading

Abstract

High-strength cast iron is used for manufacturing the supporting elements of minerals and cement clinker grinding machines. The dross layer remains inside large dimension castings after manufacturing. It has worse mechanical properties and resistance to fatigue crack formation and propagation. In this paper, the results of an experimental investigation of cyclic bending strength of semi-natural specimens from cast iron with a dross layer of 10–11 mm thickness are presented. The mechanical properties and structures of the base and dross layers differed considerably. Before testing the methods of defectoscopy were applied to detect technology defects. The stress ratio was r = –0,62 and the stress alternating range varied from 70 to 280 MPa. To 1·108 cycles, crack growth was insignificant. Further crack propagation was controlled. The 1st specimen was broken after 3·108 and the 2nd one after 2·108 cycles. The dependencies of crack propagation on cycle number and stress intensity factor range were estimated. The dross layer stops crack propagation, when crack front passes from dross to base metal.

Uolienų smulkintuvų ir cemento klinkerio malūnų atraminių mazgų gamybai naudojamas stiprusis ketus. Didelių matmenų detalėse liejimo proceso metu lieka nuodegų ir neaiškių pagrindinio metalo darinių. Jų blogesni mechaninių savybių rodikliai ir geba priešintis plyšio atsiradimui bei plitimui. Straipsnyje pateikiami pusiau natūrinių stačiakampio skerspjūvio bandinių iš ketaus su 10–11 mm storio nuodegų sluoksniu eksperimentiniai ciklinio lenkimo tyrimo rezultatai. Prieš eksperimentą defektoskopijos metodu buvo nustatyti technologiniai defektai. Ciklinio deformavimo asimetrijos koeficientas r = –0,62, įtempių intervalas kito nuo 70 iki 280 MPa. Ciklų plyšiai iki 1·108 didėjo nežymiai. Toliau varginant ir didinant įtempių intervalą, plyšio augimas buvo kontroliuojamas. Pirmasis bandinys suiro po 3·108, antrasis – po 2·108 ciklų. Eksperimentiškai nustatyta plyšio plitimo rodiklių priklausomybė nuo ciklų skaičiaus ir įtempių intensyvumo koeficiento kitimo intervalo. Plyšio plitimą stabdo tarpinis sluoksnis, pereinant nuo nuodegų sluoksnio į pagrindinį metalą.