Способ обработки изделий Советский патент 1984 года по МПК C21D7/02 

Изобретение относится к области создания способов повышения сопротивления материалов и изделий хрупкому разрушению, в частности повьшения сопротивления трещин при циклическом нагружении. Известны способы торможения роста усталостных трещин в листовом ма териале, заключающиеся в засверливании трещины в ее вершине и в локальной пластической деформации на пути роста трещины в направлении, перпендикулярном плоскости листа 1,2. Однако с помощью этих способов упрочняется только вершина трещины Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ обработки изделий, заключа-. ющийся в создании локальных пласти ческих деформаций (отпечатков),и, таким образом, напряжений в материале границ трещины з . Известный способ неэффективен в случае больших трещин, а также изготовленных деталей из хрупких материалов, когда нанесение отпечатков трудноосуществимо, а также возможно образование вторичных трещин от отпечатков. В то же время именно для высокопрочных хрупких материалов, используемых для изготовления корпусных изделий и обладающих высокой склонностью к хрзгпкому разрушению, в первую очередь важно повысить их циклическую трещиностой кость. Кроме того, нанесение отпечатков в ряде случаев бывает невозможньм в изделиях сложной формы и со сложной траекторией распространения трещины, которую предугадат невозможно, что исключает заблаговременное нанесение отпечатков в определенном месте еще до появления там трещины. . . Целью изобретения является повышение ресзфса изделия больших толщин и сложной формы, изготовленных из хрупких материалов. Указанная цель достигается тем, что согласно способу обра:ботки издели заключающемуся в создании напряжений в материале границ трещины, трещину заполняют сыпучим мелкодисперсным твердым веществом. Попадая в трещину, вещество создает давление на берега трещины и препятствует смыканию берегов на . 66 .2 протяжении полуцикла разгрузки. Таким образом уменьшается амплитуда нагружения материала в вершине трещины, что приводит к повьтенкю циклической трещинрстойкости изделия. На фиг.1 схематически представлен профиль трещины после приложения к изделию растягивающей нагрузки (сплошные линии) и после ее снятия (пунктирные линии) (после снятия нагрузки границы трещины смыкаются, циклическая деформация материала в вершине трещины равна Ь )j на фиг.2 - профиль трещины до (сплош-. ные линии) и после (пунктирные линии) .разгрузки в случае попадания в трещину сьшучего мелкодисперсного твердого вещества (после снятия нагрузки берега не смыкаются, циклическая деформация материала равна 5, при этом52.В ) на фиг,3 - диаграмма зависимости деформации материала от нагрузки при испытании без подачи в концентратор вещества; на фиг.4 - то же, при подаче в концентратор вещества. Предложенный способ опробован на балочных образцах прямоугольного поперечного сечения (длина образцов 160 мм, высота 18 мм, ширина 12 мм) с односторонней боковой усталостной трещиной. Материал - сталь 40Х, закаленная от и отпущенная при 200°С. Усталостные трещины от искусственных концентраторов, созданных на образцах, выращивали на установке с жестким типом нагружения по схеме консольного изгиба отнулевым циклом нагружения с частотой 10 Гц. При этом фиксировали скорость роста трещины для определенных уровней.нагрузок, оцениваемых согласно цодходам линейной механики разрушения по величине амплитуды коэффициента интенсивности напряжений4К:1 „.....-К.;.- ., ,. i,- IlWR ИЛ У где К И К Qj( - минимальное и максимальное значение коэффициента интенсивности напряжений за цикл нагружения соответственно. Для нулевого цикла нагруженияУ -ц 0 иЛК.Прирост длины трещины регистрировали при помощи оптического устройства с погрешностью абсолютной длины треищны. С целью проверки эффективности предлагаемого способа в процессе азвития усталостной трещины в концентратор подавали твердое мелкодисперсное сыпучее вещество - тальк (3MgO ASiOjiHgO). Результаты испытаний сведены н, таблицу. Вид испытаний Скорость развития трещины, мм/цикл ,ЗМПа(М 6,2 МПИШ Без подачи,,, SMgOv SiOjHjO1,5.10 Э.О.Ю С подачей,. , SMgO-ASiOjHgO ОХза 10 Z.O-io циклов) Как следует из таблицы, применение предложенного способа для всех значений йК или полностью устраняет рост трещины или существенно его по давляет. После заполнения трещины мелкодисперсным сьшучим твердым веществом в полуцикле понижения нагрузки на изделие границы трещины под действием упругих сил будет стремиться сомкнуться, но этому противодейству ет находящееся в трещине вещество, созда:вая усилие на границы трещины и, следовательно, напряжения в материале границ трещины, что в конеч Гном итоге препятствует смыканию гра ниц трещины. Вследствие этого деФормация материала в вершине трещин Р за цикл нагрузки уменьшится при неизменной внешней амплитуде нагру:жения изделия. Для подтверждения предположения о причине повьш1ения циклической тре щиностойкости материала при помощи тензометрического датчика перемещений измерялась деформация материала, Iрасположенного вблизи вершины трещины в зависимости от приложенной к образцу нагрузки Р. На фиг.З схематически показана диаграмма Р - для случая испытания без подачи в концентратор вещества. Наблюдается прямо пропорциональная . зависимость А от Р. Величина деформации материала при достижении нагрузки Р равна &f . На фиг.А схематически показана диаграмма Р - Л в случае испытания с подачей в концентратор вещества. Диаграмма состоит из двух ломаных участков. Величина деформации материала при достижении нагрузки Р равна . Сравнивая фиг.З и 4 видно, чтоЛ, VA т.е. имеет место уменьшение -деформации материала за цикл наг- рузки в результате подачи вещества в трещину. Использование предложенного способа существенно повысит долговечность изделий, подвергающихся циклическим нагрузкам и имеющих трещиновидные дефекты, так как трещина в таких условиях нагружения или вообще не будет расти или с меньшей, приблизительно в 5 раз, скоростью. При эТом повьш1ение долговечности достигается без каких-либо упрочняющих обработок, что высокоэффективно, поскольку такие обработки сопряжены с затратой трудовых и мате- . риальных ресурсов. В то же время обеспечение подачи в трещину вещества не представляет особого труда, в местах концентрации напряжений, где возможен рост трещин под действием циклических нагрузок, устанавливаются простые бункеры, в которые засыпается сыпучее мелкодисперсное твердое вещество. Это вещество всег- . да можно подобрать недорогостоящим и доступным.

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ преимущественно из хрупких материалов, включаходий создание напряжений в материале границ трещины, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целыб повышения ресурса изделий, создание напряжений осуществляют путем заполнения трещины сыпучим мелкодисперсньм твердым веществом. g