Increasing of the contact fatigue of bearing components made of steel EI-347SH
Keywords:
contact fatigue, residual stresses, micro-ball strengthening, surface plastic deformationAbstract
The new generation bearings of aircraft engines are becoming increasingly complex products, which meet high requirements for the contact fatigue, including one at elevated temperature. The surface plastic deformation (SPD) is used to increase the contact fatigue. One promising direction of SPD is micro-ball strengthening. The majority of works does not take into account the influence of temperature onto the contact fatigue of parts after SPD. Purpose. The aim of the study is to increase the contact endurance of steel EI-347SH through the rationalization of modes of micro-ball strengthening. Methodology. Contact fatigue tests were carried out with the setup MKV-T at temperatures of 20°C and 300°C. All the samples were polished before strengthening. For this purpose a special device, which ensures a constant pressure on the sample during polishing was designed. The determination of residual stresses was performed on surveillance samples by the blind hole drilling method. To determine the influence of fluid pressure on the contact endurance a group of tests was carried out on four batches of samples: the samples in the original state, the samples strengthened within 3 minutes at the working fluid pressure of 0.16 MPa and the same but with pressure of 0.2; 0.25 MPa respectively. Findings. Selected strengthening modes lead to an increasing of surface roughness for about one quality class if to compare to after-polishing state. The lowest change in surface roughness was observed with the working fluid pressure of 0.2 MPa. For all modes, the depth of the strengthened layer is in the range of 0.08 ... 0.1 mm. The decrease in microhardness, which is related to instability and unevenness of the strengthening process, was observed at the working fluid pressure of 0.16 MPa. The mean log durability and the guaranteed durability was determined; straight lines approximating the distribution functions of logarithms of numbers of cycles were built. It was found that the highest durability of the samples was obtained by strengthening mode with the working fluid pressure of 0.2 MPa that is caused by a favorable combination of levels of residual stresses, strain hardening, microhardness, in conjunction with a minimal increase in the surface roughness. Originality. Regularities of influence of the microballs strengthening modes on the steel EI-347SH contact endurance were defined. More advanced testing methods were applied. Practical value. The parameters of micro-ball strengthening that provide increased durability under contact loading for steel EI- 347SH samples were determined. This enables one to assign the modes of SPD when designing the bearings for promising type of gas turbine engines more efficiently. The test procedure has been improved, resulting in improved reliability of the experimental results.
References
Бочкарёв А. Г. Повышение работоспособности подшипников путем ультразвукового упрочнения внутренних колец несвязанными шариками / А. Г Бочкарёв, автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.02.08 / Сам. гос. техн. ун-т. - Самара, 2005. - 1 9 с.
Критский В.Ю. Исследование возможности использования керамических авиационных подшипников скольжения нового поколения в конструкциях опор роторов газотурбинных двигателей / В.Ю. Критский, А.И. Зубко // Двигатель. -2013. - №3(87). - С. 24-26.
Kritskiy V.Yu., Zubko A.I. Issledovanie vozmozhnosti ispolzovaniya keramicheskih aviatsionnyih podshipnikov skolzheniya novogo pokoleniya v konstruktsiyah opor rotorov gazoturbinnyih dvigateley [Study the possibility of using ceramic glade-bearings in the construction of new generation supports the rotors of gas-turbine engines]. Dvigatel - Engine, 2013, no. 3(87), pp. 24-26. http://engine.aviaport.ru/issues/87/pics/pg24.pdf
Макарчук В. ЕПК производит подшипники для авиационных двигателей последнего поколения. // Двигатель. - 2012. - № 1. - С.24 - 25.
Makarchuk V. EPK proizvodit podshipniki dlya aviatsionnyih dvigateley poslednego pokoleniya [EPK produces bearings for aircraft engines of the last generation.]. Dvigatel - Engine, 2012, no. 1, pp. 24-25. http://engine.aviaport.ru/issues/80/2012-1 %20full.pdf
Allison, B.D. Evolution of mechanical properties of M50 bearing steel due to rolling contact fatigueby. / B.D. Allison. - Dissertations And Theses; Thesis (Ph.D.). University of Florida. - 2013. - 149 p.Allison, B.D. Evolution of mechanical properties of M50 bearing steel due to rolling contact fatigueby. Dissertations And Theses; Thesis (Ph.D.). University of Florida, 2013. 149 p. http://ufdc.ufl.edu/UFE0046077/00001
ASTM E837-08. Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the HoleDrilling Strain-Gage Method. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2008. - 16 p.ASTM E837-08. Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the HoleDrilling Strain-Gage Method. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2008. 16 p. http://www.astm.org/Standards/E837.htm
Harada Y. Effect of Microshot Peening on Residual Stress of High-Toughness Spring Steel / Y. Harada, D. Gowa, T. Tsuji, Y. Kobayashi // Advanced Materials Research, Vol 325. - Aug. 2011. - pp. 745-750.Harada Y., Gowa D., Tsuji T., Kobayashi Y. Effect of Microshot Peening on Residual Stress of High-Toughness Spring Steel // Advanced Materials Research, Vol 325, Aug.2011, pp. 745-750. http://www.scientific.net/AMR. 325.745
Harada Y. Influence of microshot peening on surface layer characteristics of structural steel / Y. Harada, K. Fukaura, S. Haga // Journal of Materials Processing Technology, Vol. 191. - Issues 1-3. - August 2007. - pp. 297-301.
Harada Y., Fukaura K., Haga S. Influence of microshot peening on surface layer characteristics of structural steel // Journal of Materials Processing Technology, Vol. 191, Issues 1-3, 1 August 2007, pp. 297-301. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013607002610
Kumar H., Singh S., Kumar P. Modified Shot Peening Process - A Review // International Journal of Engineering Sciences & Emerging Technologies, Vol. 5. - Issue 1. - Apr.2013. - pp. 12-19.
Kumar H. Modified Shot Peening Process - A Review / H. Kumar, S. Singh, P. Kumar // International Journal of Engineering Sciences & Emerging Technologies, Vol. 5. - Issue 1. - Apr. 2013. - pp. 12-19. http://www.ijeset.com/media/0001/3N9_IJESET911_v5_iss1_12to19.pdf
MTS3000 - Restan. Automatic System for Residual Stress Measurement by Hole-Drilling. - SINT Technology s.r.l.,2014. - 8 p.MTS3000 - Restan. Automatic System for Residual Stress Measurement by Hole-Drilling. - SINT Technology s.r.l., 2014. 8 p. http://www.sintechnology.com/strain-gaugemeasurements/RESTAN_MTS3000.html
Niku-Lari A. Advances in surface treatments. Technology - Applications - Effects - Vol.5 Pergamon Press, 1987, 522 p http://www.amazon.com/Advances-Surface-TreatmentsTechnology-Applications/dp/1483130096
Sang-Jae Yoon Fatigue life analysis of shot-peened bearing steel / Sang-Jae Yoon, Jung-Hoon Park, Nak-Sam Choi // Journal of Mechanical Science and Technology. Vol. 26. - Issue 6. -June 2012. -pp. 1747-1752
Sang-Jae Yoon, Jung-Hoon Park, Nak-Sam Choi Fatigue life analysis of shot-peened bearing steel // Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 26, Issue 6, June 2012, pp. 1747-1752 http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12206-012-0340-8
Zaretsky E. V. Rolling Bearing Steels - A Technical and Historical Perspective, Part II / E. V. Zaretsky // Power Transmission Engineering, April 2013. - pp. 36-40.
Zaretsky E. V. Rolling Bearing Steels - A Technical and Historical Perspective, Part II // Power Transmission Engineering, April 2013, pp. 36-40. http://www.powertransmission.com/issues/0413/rolling- bearing-steels-2.pdf
Downloads
Published
Issue
Section
License
Редакція Видання категорично засуджує прояви плагіату в статтях та вживає всіх можливих заходів для його недопущення. Плагіат розглядається як форма порушення авторських прав і наукової етики.
При виявлені у статті більш ніж 25% запозиченого тексту без відповідних посилань та використання лапок, стаття кваліфікується як така, що містить плагіат. У цьому випадку стаття більше не розглядається редакцією, а автор отримує перше попередження.
Автори, в статтях яких повторно виявлено плагіат, не зможуть публікуватися в усіх журналах Видавництва ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури».
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).