Способ оценки влияния ассиметрии цикла на предел выносливости материала Советский патент 1990 года по МПК G01N3/32 G01N3/18 

Изобретение относится к усталостным испытаниям, к способам оценки влияния асимметрии цикла на предел выносливости материала.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения определения предела выносливости жаропрочных материалов как при постоянной температуре, так и при синхронном нагружению циклическом изменении температуры при коэффициенте асимметрии цикла нагружения менее единицы, но не более минус двух.

На фиг.1 показаны циклы изменения нагрузки и температуры,- на - кривые зависимости предела выносливости от среднего напряжения; на

фиг.З - данные по определению усталостных характеристик сплава ЖС6Ф. Устройством для реализации способа служит испытательная машина, позволяющая нагружать циклически образцы при синхронном нагрузке термо- циклировании, позволяющая испытывать образцы на длительную прочность.

Способ осуществляют следующим образом.

Для заданного режима испытаний в неизотермических условиях при синфазном изменении температуры и нагрузки по пилообразному циклу (фиг.1) устанавливают максимальное ТМс,кс и и минимальное значения температуры.

Испытывают три группы образцов жаропрочного материала на одной заданной базе испытаний.

Образцы одной группы испытывают при циклическом изменений температуры и размахе напряжений (ив), равном нулю (коэффициент асимметрии равен R 1), и определяют предел длительной прочности на сжатие (5 .

Образцы другой группы испытывают при циклическом изменении температу™ ры и размахе напряжений (), равном нулю (коэффициент асимметрии равен R 1), и определяет предел длительной прочности на растяжение ,

Образцы третьей группы испытывают при циклическом изменении температуры и симметричном цикле изменения нагрузки (коэффициент асимметрии равен R -1) и определяют предельный размах циклического напряжения „ Значения скорости изменения нагрузки и скорости изменения температуры выбирают таким образом, чтобы изменение температуры и нагрузки осуществлялось синфазно.

На основании испытаний образцов всех групп размах напряжений Дб при любом среднем напряжении цикла 0 на заданной базе испытаний при любой степени асимметрии, которая лежит в диапазоне коэффициентов асимметрии R, равном + , рассчитывают по формуле

Ж

+

2

сти, 6 ,

соответствую- определяют по

6hj fljiLf-1

gpact о о

sn

6m +

Аб1

Пример. Испытанию подвергают образцы жаропрочного материала ЖС6Ф. Эксперимент проводят на испытательной установке, например .М которая дополнительно оборудована системами циклического нагрева образцов электрическим током, охлаж™ дету сжатым воздуком и контроля параметров испытаний. Доработанная установка обеспечивает возможность испытаний цилиндрических образцов диа-( метром 5 мм и длиной рабочей части 25-30 мм по схеме циклического неизотермического нагружения.

Изменение температуры образцов в цикле их нагружения производят по

режиму Т

MW4

TW«.C 60°

950°С,

0

5

охватывающему наибольшую часть диапазона максимальных и минимальных температур реальных циклов для деталей, изготовленных из сплава ЖС6Ф.

Образцы жаропрочного материала ЖС6Ф депят на три группы ло несколько, образцов и выбирают базу испытаний для всех образцов, например 10 циклов.

Образцы первой и второй групп испытывают по ежиму: ТМ|/11|.ЈТмвке 600 ;Ј: 950 С, условная скорость нагрева и охлаждения 50 С/с, размах напряжений равен нулю (4(2 0), средним напряжением цикла «Зт) варьируют таким образом, чтобы определить пре- де

(5

5

0

5

0

45

делы длительной прочности на сжатие

i и растяжение (5Е.вС которые соответствуют выбранной базе испытаний 10 циклов. Результаты испытаний поэт воляют установить, что ( МПа, а бс 620 МПа.

Образцы третьей группы испытывают по режиму: TW)IM TMBKe r600 950°C, среднюю скорость приложения и снятия напряжений принимают постоянной 90 МПа/с, скорость нагрева и охлаждения в условиях неизменного размаха температур (ДТ 350 С) определяют в зависимости от размаха напряжений (ДС5) в цикле, и величина AT/tH AT/tox (где tH и tox - длительности полуциклов) составляет при экспериментальной проверке на различных базах 35-100°С. Результаты испытаний позволяют установить, что ,, 680 МПа.

На основании проведенных испытаний производят расчет предельного размаха напряжений й(э при любом среднем напряжении цикла 6т для базы испытаний 10 циклов в диапазоне коэффициентов асимметрии R, равном «1 R5t-2, по формуле

50

. 6G - 1 +л}Ј - -&-+2М

ЛО оч., L 24 2 V0poor 2 J

/at, ж.Мя

где -Д

Результаты расчета представлены на фиг.2 (кривая 1) (результаты экспериментальной проверки представлены в виде точек).

Проверку адекватности предлагаемой зависимости, которая подтверждает закономерность изменения предельных напряжений в условиях синфазного изменения температуры и нагрузки при заданной базе испытаний, проводят на образцах сплава ЖС6Ф

Ф о

при Т

ИН

1макс

макс

600 85(fC, Т 950°С, Т а также

мим Т.

«ин м«ке на образцах

сплава ЖС6Ф при Тми) Г Тмакс

т т хмин АЛ4«кс

600;2-1050 °С, из

350 ЮОО С и сплава ЭИ-437Б при 250гГ900°С.

Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных оценок показывают, что расхождение между ними составляет от 3 до 5%, что значительно меньше разброса результатов эксперимента, и поэтому несущественно.

На фиг.2, например, представлены результаты проверки предлагаемой расчетной зависимости, полученные путем сопоставления расчета со статистическими оценками экспериментальных характеристик малоцнкловой усталости (фиг.З) сплава ЖС6Ф (TMvm; TMCIlte 6001 ) при различной асимметрии нагружающего цикла.

Экспериментально установлен диапазон коэффициентов асимметрии К, равный , который обусловлен устойчивостью образца на сжатие. Например, образец из сплава ЖСЬФ теряет устойчивость при (5WMH 600 КПа и R -2 после 25 циклов нагружения. На фиг.З представлены графики зависимости , Ј),, от N при R -2 . (линия 1), при R -1, 0m 0 (линия 2), при R 0,&G 5°unlib(линия 3), при R « 1, 0, Gm при R « 0,4 (линия 5).

10

15

20

25

рмулд изобрете

30

Способ оценки влияния асимме цикла на предел выносливости ма риала, заключающийся в том, что ределяют предел выносливости мат ла при симметричном цикле и про ные характеристики материала п растяжении и сжатии, по кот оценивают предел выносливости териала при асимметричном цик

отличающийся тем, что, с целью расширения функцио ных возможностей путем обеспече определения предела выносливост ропрочных материалов как при по ной температуре, так и при синх нагружению циклическом изменении пературы при коэффициенте асимм цикла нагружения менее единицы, не более минус двух, в качестве ностных характеристик материала растяжении и сжатии определяют с ветствующие пределы длительной п ности в условиях циклического из нения температуры, а предел выно вости (5ц асимметричного цикла о деляют из соотношения

б.

(

Зг+1,. , бт

т.

где Я (л / & (сг 35 д л Uw0 MU

(5 - среднее напряжение цикла

выносливости при

е-, orпределметричном цикле;

3т (линия 4), и соответствующие пределы

длительной прочности.

1552061

Ф о

рмулд изобретения

5

0

5

0

Способ оценки влияния асимметрии цикла на предел выносливости материала, заключающийся в том, что определяют предел выносливости материала при симметричном цикле и прочностные характеристики материала при растяжении и сжатии, по которым оценивают предел выносливости материала при асимметричном цикле,

отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения определения предела выносливости жа-- ропрочных материалов как при постоянной температуре, так и при синхронном нагружению циклическом изменении температуры при коэффициенте асимметрии цикла нагружения менее единицы, но не более минус двух, в качестве прочностных характеристик материала при растяжении и сжатии определяют соответствующие пределы длительной прочности в условиях циклического изменения температуры, а предел выносливости (5ц асимметричного цикла определяют из соотношения

(

Зг+1,. , бт

т.

1

где Я (л / & (сг д л Uw0 MU

(5 - среднее напряжение цикла,

выносливости при симе-, orпределметричном цикле;

Изобретение относится к усталостным испытаниям, а именно к способам оценки влияния асимметрии цикла на предел выносливости материала. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения определения предела выносливости жаропрочных материалов как при постоянной температуре, так и при синхронном нагружению циклическом изменении температуры при коэффициенте асимметрии цикла нагружения менее единицы, но не более минус двух. Определяют при циклическом изменении температуры пределы длительной прочности на растяжение и сжатие и предел выносливости при симметричном цикле, по которым судят о пределе выносливости при асимметричном цикле, коэффициенте асимметрии -2≤R*981. 3 ил.

М,6то,мла

р, 2 , ъ рs878 юг | г t з ч s 6 юз г 5s а та ( г Н 1,п,г 1А 18 is iff i if is Ь з,о i« # is io v цн

Физ.Э

Составитель Д.Поспелов Редактор И.Дербак Техред м.Ходанич Корректор Т.Палий

Заказ 325

.Тираж 506

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное