Способ торможения растущих трещин в металлических изделиях Советский патент 1987 года по МПК C21D8/00 

11

Изобретение относится к области упрочнений элементов металлических конструкций пластической деформацией в частности к способам повышения остаточной долговечности и ресурса работы металлических изделий машиностроительной промьшшепности.

Цель изобретения - повышение долговечности изделия путем увеличения времени задержки роста трещины.

Сущность изобретения заключается ToMj что испытывают эталонные образц из того же материала, что и изделие в з словиях его эксплуатации, В процессе испытаний прикладывают разные

пер- и в

направлении ее действия, т.е. осуществляют растягивающую перегрузку. Находят значение коэффициента интенсивности напряжений (КИИ) по зависимости

статические нагрузки Р выше воначальной (рабочей) нагрузки

Р,

ст. ОБр

1 -Y

ОБр

/F

овр ;

де Р,

СТ, ОБО

F

Обр

30

21

„

ОБр

35

нагрузка при статическом нагружении образца; площадь поверхности брут- то-сечения образца; длина трещины в образце; известная для эталонного образца функция длины трещины.

алее определяют соответствующие этим КИН времена задержки роста треины. Находят значение КИН К, соответствующее максимальному времени задержки. Статическую нагрузку Р которую прикладывают к изделию в нап- 40 равлении рабочей,определяют из условия равенства КИН в эталонном об- разце и изделии, т.е.

Y

хности брутто-сечения изделия; 21иг,а длина трещины в изделии; Y|, - известная для конкретного изделия функция длины трещины.

Во время кратковременного повьпие- ния нагрузки выше эксплуатационной . происходит увеличение радиуса вершины -исходных технологических дефектов типа трещин, а также трещин, образовавшихся во время эксплуатации изде - лия. Продеформированный при этом материал перед вершиной трещины находится под действием остаточных сжимающих напряжений. Эти два явления приводят к торможению процесса роста

Кцзд - КА:Р, изд г-Де РИ,Д - площадь повер5(j

515

45

0

15

0

25

30

35

40

трещин или полной их остановке. При повышении уровня нагрузки этот эффект будет увеличиваться Однако по приближения КИН при данном статическом нагружении к вязкости разрушения происходит значительное повреждение материала перед вершиной трещинь, состоящее в исчерпании его способности к дальнейшему пластическому деформированию. Это приводит к увеличению скорости процесса разрушения после некоторой его задержки. Возрастает вероятность срыва трещит, и увеличения ее длины Это доказывает существование максимума времени задержки роста трещины при значении КИН, меньшем вязкости разрушения.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает максимальную задержку роста трешдны вне зависимости от ее длины после приложения статической нагрузки при дальнейшей эксплуатации изделия. Повторяя данную операцию периодически по мере пророста трещины через локальную деформированную зону перед ее вершиной можно значительно повысить долговечность изде.- лия,

Пример, Способ реал11зуют на серийной установке АИМА-5-2. Испытания проводят в условиях длительного, статического нагружения на воздухе при температуре 923 К, ДЛя наблюде- - ния за процессом распространения трещин используют плоские образцы из стали типа Х18Н10Т размером М мм и типа Х16Н15МЗБ размером Юб ;12 0,8 мм. Исходньш острый центральный надрез с радиусом вершины менее 0,08 мм создают электроэрозионным методом в средней части образца. Длина надреза 10 мм для образцов из стали Х18Н10Т и 4 Mi-i из CTaj-ш Х16Н15МЗБ Слежение за ростом трещины осуществляют с помощью микроскопа МБС-1 с точностью до 0,015 мм и методом разг ности электрических потенциалов. Потенциальные контакты располагают на 5(j берегах надреза вдоль осевой линии образца.

При достижении суммарной длиной трещин,выросших из надреза, определенной величины (0,9 мм для образ- 515 цов из Х18Н10Т и 0,7 мм из Х16Н15МЗБ) производят кратковременное увеличение нагрузки до необходимого уровня. В этот момент вершина растущей трещины выходит из-под влияния исходного

45

надреза, что определяется по изменению наклона кривой, отражающей зависимость скорости распространения трещины от коэффициента интенсивности напряжений. После уменьшения нагрузк до первоначального уровня она остается неизменной до конца испытания.

Для регистрации нагрузки используют силоизмеритель в виде полого ци линдра с наклеенными на него тензо- датчиками, соединенными в мостовую схему, и двухкоординатный самописец ПДП 4-002. Погрешность составляет менее 1% от величины нагрузки. Для определения влияния уровня перегрузки при статическое; нагружении на торможение растущих трещин испытания проводят во всем возможном диапазоне изменения КИН: от нуля, когда происходит стационарное испытание, до той величины, при которой достигается вязкость разрушения, т.е. имеющаяся трешина страгивается при максимальной нагрузке. Некоторое время после перегрузки трещина не двигается, после чего начинается ее медленный рост.

Для количественной оценки влияния увеличения нагрузки введен параметр - время тормолсеиия трещины Т, за которое скорость роста становится равной, своему значению перед перегрузкой. Результаты испытаний двух исследованных сталей мохаю представить в виде зависимости . от К/К,., где время торможения трещины в случае перегрузки до уровня вязкости разруше-

ния К. Значения КИН рассчитывают по формуле К Р-Д Y/W-H, где Р - на- грузка; 1 - половина длины трещины; W - ширина образца; Н - толщина образца. Максимальньй эффект от перегрузки наблюдается при К 0,65 К для образцов из стали Х18Н10Т и К 0,75 Kj. для образцов из стали Х16Н15МЗБ. По сравнению с известным способом, время торможения увеличивается в 1,8 раза для стали Х18Н10Т и в 2,1 раза для стали Х16Н15МЗБ. Соз-

Редактор В. Петраш

Составитель А. Кулемин Техред И.Верес

Заказ 5985

Тираж 550

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

давая в изделии в момент перегрузки напряженное состояние, характеризующее К, определенным с помощью об- разцов, получают наибольшее время торможения трещины. Нагрузка при этом определяется следующим образом:

сг,

К .Р,,,/,,,,

Таким образом, способ позволяет производить максимально возможную задержку роста трещин в металлических изделиях, что увеличивает их долговечность .

Формула изобретения

Способ торможения растущих трещин в металлических изделиях, включающий создание локальной деформированной зоны перед вершиной трещины с помощью приложения.к изделию статической нагрузки, совпадаюи;ей по направлению с рабочей нагрузкой, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения долговечности изделия путем увеличения времени задержки роста трещины, предварительно на эталонных образцах, изготовленных из того же металла, что и изделие, определяют зависимость времени задержки роста трещины от коэффициента интенсивности напряжения при статической нагрузке, по этой зависимости определяют значение коэффициента интенсивности напряжения К , которое соответствует максимальному времени задержки роста трещины, а статическую нагрузку к изделию определяют по зависимости

Р К F

ст мгакс

. Y иэА ,

F.. - площадь поверхности брутто- сечения изделия, перпендикулярного действию рабочей нагрузки; 1„,д - половина длины растущей в

изделии трещины; НЭА функция длигы трещины для конкретного изделия.

Корректор С.Черни

Подписное

Изобретение относится к упрочнению элементов металлических конструкций пластической деформацией, в частности к способам повышения остаточ- ной долговечности и ресурса работы металлических изделий машиностроительной промышленности. Цель изобретения - повьшение долговечности изде-; ЛИЯ путем увеличения времени задержки роста трещины. Способ позволяет получить максимально возможную задерж-. ку роста трещин в изделии вне зависимости от их размеров за счет того, , что. предварительно на эталоиньк образ цах определяют значение коэффициента интенсивности напряжений, соответствующее максимальному времени задержки роста трещины. Величину нагрузки при статическом нагружении изделия опре-- деляют с учетом длины имеющейся трещины из соотношения Р «iA ,где PC. нагрузка-при статическом нагружении тох коэффициент интенсивности напряжений, соответствующий максимальному времени задержки роста трещины в эталонных образцах; Г,„д - площадь поверхности брутто-сечения изделия, перпендикулярного действию рабочей нагрузки; 1„зд - половина длины растущей ,в изделии трещины; ц,д - известная для изделия функция длины трещины. с & сл