Способ определения усталостного повреждения материала при высоких частотах нагружения Советский патент 1989 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к испытаниям материалов, в частности к способам определения усталостного повреждения сталей с мартенситной структурой.

Цель изобретения - повышение точности определения максимального повреждения сталей с мартенситной структурой.

На фиг. 1 представлена схема установки для реализации способа; на фиг. 2 - типичная зависимость температуры от числа циклов.

Установка для реализации способа включает связанньй с образцом 1 маг- нитострикционный преобразователь 2, концентратор 3 напряжений, ультразвуковой генератор 4, антенный датчик 5, электронный частотомер 6, индукционный датчик 7, милливольтметр 8, термопару 9, потенциометр 10.

Способ осуществляют следующим образом.

Контролируемый образец 1 из мартенситной стали крепят к концентратору 3 напряжений, магнитострикци- онный преобразователь 2 подключают к ультразвуковому генератору 4 и возбуждают в образце, высокочастотные циклические колебания. Частоту циклического нагружения образца измеряют антенньм датчиком 5 с помощью частотомера 6. Амплитуду колебательной деформации по длине образца измеряют индукционные датчиком 7 с помощью милливольтметра 8.

Градуировку датчика 7 амплитуды колебательной деформации проводят с помощью оптического микроскопа, измеряя амплитуду смещения торца образца. При этом для палуволнового обЭд Х

У1

разца максимальное значение амплитуды колебательной деформации, которое имеет место в центре образца, рассчитывают из соотношения с К д. В центре образца, где наиболее вероятна поломка образца, проводят измерение температуры и внутреннего трения В качестве характеристики повреж- денности материала в момент разрушения определяют величину удельного объема V усталостной трещины из соотношения

где 1 - ширина пластины мартенсита

в структуре образца; Е - модуль Юнга; f - частота нагружения; X - теплопроводность; Q - добротность колебательной

системы;

ДТ - скачок температуры в момент образования трещины, определяемой с помощью термопары 9, которую размещают в зоне предполагаемого разрушения. О моменте появления трещины можно судить по появлению указанного скачка температуры.

Пример. Определяют усталостную повреждаемость образцов из стали ЗОХГС2НА, подвергнутых поверхностному пластическому упрочнению динамическим наклепом,которые предварительно после закалки от температур 870 С отпускали в интервале температур 220 - З20 с.

Циклическое нагружение образца проводят высокочастотной нагрузкой с частотой 20 кГц. Для этого изготавливают полуволновой образец диаметром 17 мм и длиной 130 мм. Образец крепят к концентратору напряжений экспоненциальной формы. Нагружение образца осуществляют с помощью магнитострикционного преобразователя IIMC15A-18 и ультразвукового генератора УЗГ2-4М. Для определения рабочей частоты колебаний образца применяют частотомер электронносчетный ЧЗ-35А. ЭДС, наводимую в индукционном датчике амплитуды колебательной деформации образца, измеряют с помощью универсального вольтметра В7-16. В качестве характеристики внутреннего трения используют величину, обратную добротности Q

Для измерения температуры на поверхности образца в центре по длине приваривают хромель-копелевую термопару. Изменение температуры в процессе циклического нагружения записывают с помощью потенциометра КСП-4.

Образец нагружают таким образом, чтобы амплитуда смещения на торце

о 20 ТО м. При этом амплитуда колебательной деформации в центре образца 510 . Внутреннее трение в месте вероятного излома определяют по приросту температуры

за 100 с циклического нагружения образца. Затем циклическое нагружение образца проводят в течение времени, необходимого для образования усталостной треш;ины. При этом определяют

скачок температуры, которым сопровождается образование усталостной трещины (фиг. 2).

Результаты определения усталост- ной повреждаемости образца с учетом величины скачка температуры и внутреннего трения приведены в таблице.

Результаты определения усталост- ной повреждаемости по предлагаемому способу и по величине образовавшихся на изломе зон локальной пластической деформации согласуются.

Формула изобретения

Способ определения усталостного повреждения материала при высоких частотах нагружения, заключающийся

в том, что в процессе нагружения образца измеряют температуру в месте наибольшего саморазогрева и наибольшую амплитуду деформаций образца, с учетом которых определяют добротность

колебательной системы и судят об усталостном повреждении материала, о т- личающийся тем, что,с целью повьш1ения точности определения максимального повреждения сталей с

мартенситной структурой, определяют момент образования усталостной трещины, в который измеряют скачок температуры, а в качестве характеристики усталостного повреждения определякгг величину удельного объема талостной трещины из соотношения

е,

L

-г -

51516854

m максимальная амплитуда деформаций;

1 - ширина пластины мартенсита

в структуре образца; 5 Е - модуль Юнга;

частота нагружения; теплопроводность; добротность; скачок температуры в

момент образования

трещины.

Изобретение относится к испытаниям материалов, к способам определения усталостного повреждения сталей с мартенситной структурой. Цель изобретения - повышение точности определения максимального повреждения сталей с мартенситной структурой. Образец с концентратором циклически нагружают на высокой частоте и фиксируют скачок температуры в зоне излома в момент появления усталостной трещины, а по скачку температуры определяют величину удельного объема усталостной трещины в качестве характеристики усталостного повреждения. 2 ил.

1,4 3,2 4,0

10 15 25

Фиг. /