Способ определения трещиностойкости материала Советский патент 1990 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам определения трещиностойкости металлов.

Цель изобретения - повышение точности путем учета пластической составляющей раскрытия трещины.

На фиг.1 изображена трещина в образце материала; на фиг.2 - диаграмма зависимости нагрузки Р от величины д раскрытия трещины при (а, б) циклическом и (в) статическом нагружении образца; на фиг, 3 - относительная величина раскрытия трещины в зависимости от расстояния от ее вершины.

Способ осуществляют следующим образом.

В образце 1 материала создают исходную усталостную трещину 2. На боковой поверхности образца 1, куда профилем выходит трещина 2рСимметрично направлению ее развития с разных сторон наносят лунки 3. В лунках 3 размещают датчики (не

показаны) деформации материала образца 1. Осуществляют циклическое нагружение и измеряют величину нагрузки Р и величину раскрытия д трещины по показаниям датчиков во всех лунках 3, Запись производят при фиксированной нагрузке которой происходит излом диаграммы на фиг,2, т.е. в момент появления на диаграмме нелинейного участка.

Строят диаграмму зависимости относительного размаха А Keff раскрытия трещины от удаления от ее вершины, где Keff - размах коэффициента интенсивности напряжений. На фиг.З она линейная (3) и проходит через точку Mi.

. После опредения излома диаграмма зависимости нагрузки Р от раскрытия д тре- щины (фиг.2) образец 1 продолжают- нагружать либо статически, либо циклически с превышением максимальными нагруй- ками циклов величины Р нагрузки при

сл

с

Qs

О

СО

ю о

изломе диаграммы до его разрушения. При этом записывают раскрытие д трещины по показанию одного датчика, расположенного,например,в лунке с удалением Гг от ее вершины. При статическом или динамическом нагружении определяют соответственно относительную величину Keff раскрытия трещины, где Keff - коэффициент интенсивности напряжений, или величину сИ Keff относительного размаха раскрытия трещины. При статическом или циклическом нагружении эти значения отмечают соответственно точками Мз и М2 (фиг.З). Затем отмечают относительную величину раскрытия трещины и, следовательно, величину раскрытия трещины Б зоне ее вершины в зависимости от прикладываемой н.агрузки или от коэффициента интенсивностинагружения путем пересечения с осью ординат линий на фиг.З,проведенных через точки М2 и Мз паралельно линии проходящей через точку Mi. Раскрытие вершины трещины определяют из выражения Л(5 А(5г - г А Keff tg ct, где Ad г - раз- мах раскрьпмя или раскрытие трещины на рассто- янииготеевершинысоответственнопри цикличе- ском или статическом нагружении образца; А Keff - эффективный размах или эффективный КИН при циклическом или статическом нагружениях; а - угол наклона исходной зависимости к оси абсцисс.

Пример. Изготовили 10 плоских образцов толщиной 12,2 мм из стали 15х2МФА и 10 компактных образцов толщиной 25 мм из стали 15х2МФАА. Подвергли их циклическому нагружению и получили в них усталостные трещины длиной I. После этого на боковых поверхностях образцов симметрично направлению развития в них трещин выполнили конические лунки, в которые разместили датчики деформации.

Длину трещины определяли с помощью оптического микроскопа типа МБС-1 с точностью не менее 0,014 мм. При расчете коэффициента интенсивности напряжений, а также установлении расстояния г до вер- шины трещины использовали среднюю длину I трещины, т.е. г , где 1т-расстояние от поверхности со стороны надреза трещины до центров лунок 3, где размещены датчики. На боковых поверхностях плоских образцов выполнили по четыре лунки под датчики на расстоянии 0,5 мм одна от другой по длине трещины, начиная с ее вершины, с двух сторон от направления ее развития на расстоянии 1,25 мм от него. Подготовленные образцы поочередно на-; гружали с частотой 0,1 Гц с коэффициентом R О асимметрии цикла на машине Гидро- пульс 400КН и осуществляли запись зависимости нагрузки Р от величины д раскрытия трещины. Запись производилась с установкой датчиков в каждой лунке при нагрузке, которая вызывает пластическое раскрытие трещины, сопоставимое с общим. С помощью полученных результатов построили линейную зависимость 3 (фиг.З,)

После этого образцы нагружали статически до разрушения с записью диаграммы Р-д в точке Г2. По результатам определили (фиг.З) положение точки Мз, через которую параллельно прямой 3 провели прямую 1 пересечения с осью ординат. В результате определили величину д/ Keff , по которой расчетом нашли величину раскрытия трещины в зоне ее вершины в зависимости от приложенной статической нагрузки.

На компактных образцах лунки под датчики выполнили по длине трещины на расстоянии 1 мм одна от другой. Нагружали их с частотой 0,1 Гц и ,1. Измерение раскрытия трещины производили во всех точках Г1-Г4 при фиксированной нагрузке Р, при которой появляется излом (диаграмма на фиг.2б). По результатам строили зависимость 3 (фиг.З.).После этого нагружали о браз- цы циклически при постоянной амплитудной нагрузке Рмакс, которая больше Р до разрушения. Запись раскрытия трещинь осуществляли в точке Г2. Получили .точку MO через которую параллельно прямой 3 п ровели прямую 1 и определили в результате величину раскрытия трещины в зоне ее вершины в зависимости от приложенной циклической нагрузки.

Формула изобретения Способ определения трещиностойко- сти материала, заключающийся в том, что в образце материала создают исходную усталостную трещину, на боковой поверхности образца симметрично направлению ее развития наносят лунки, размещают в них датчики деформации, циклически нагружают образец и по зависимости нагрузки от раскрытия трещины и зависимости относительного размаха раскрытия трещины от удаления от ее вершины определяют величину раскрытия вершины трещины в зависимости от прикладываемой нагрузки или от коэффициента интенсивност1гнапряжения, по которым судят о трещиностойкости, о т- л и чающийся тем, что, с целью- повышения точности путем учета пластической составляющей раскрытия трещины, циклическое нагружение образца ляют до образования излома на диаграмме зависимости нагрузки от раскрытия трещины, после этого нагружают образец до его

Изобретение относится к испытательной технике и позволяет определять трещиностойкость металлов. Цель изобретения - повышение точности путем учета пластической составляющей раскрытия трещины. По предложенному способу после образования в образце материала усталостной трещины его нагружают статически или циклически с превышением максимальными нагрузками циклов величины нагрузки, при которой позволяются пластические деформации, до разрушения, а по зависимостям нагрузки от раскрытия трещины и относительного размаха раскрытия трещины от удаления от ее вершины определяют величину раскрытия трещины в зоне ее вершины. 3 ил.

фиг. 1

Фиг. 2

SlKeffj