Способ испытания материала на сопротивление многоцикловой усталости Советский патент 1991 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к области испытаний, к способам испытаний материалов на сопротивление многоцикловой усталости.

Цель изобретения - повышение точности за счет исключения погрешностей, связанных с определением размеров зоны пластичности в вершине трещины.

Способ осуществляется с помощью испытательной машины для циклических на- гружений образцов, снабженной счетчиком числа циклов, измерителем нагрузки, измерителем длины терщины и средством фиксации момента раскрытия трещины, следующим образом.

Образец с начальным концентратором напряжения нагружают циклической нагрузкой до образования трещины. Появление трещины контролируют с помощью оптических устройств, методами ультразвукового контроля и др. Далее периодически в процессе циклического нагружения (методом упругой податливости, оптическим методом) определяют нагрузку открытия

трещины Р Pop в цикле нагружения, после чего находят текущее значение отношения Кор/Кмакс, а сопротивление усталости материала для уровня амплитуды цикла нагружения оценивают по числу циклов, соответствующему моменту стабилизации отношения Кор/Кмакс, где К0р и Кмакс - коэффициенты интенсивности напряжений (КИН), соответствующий моменту раскрытия трещины и максимальный КИЙ цикла соответственно.

Совокупное влияние на скорость роста трещины факторов, обусловленных наличием концентратора напряжений, выражается в изменении проявления эффекта закрытия трещин, контролируемого отношения

Кор/Кмакс.

Проведенные экспериментальные исследования стадий зарождения и распространения трещины с использованием высокоточных средств замера нагрузки открытия трещины Р0р, ее подрастания (в частности, использовалась специальная

fe

оптическая установка, обеспечивающая разрешение 0,5-1,0 мкм) показали, что фактором влияния на стадии зарождения вызывают, как правило, рост значений Кор/Кмакс по мере подрастания трещины. В то время как на стадии распространения трещины значения Кор/Кмакс с ростом Кмакс (например, за счет увеличения длины трещины), близки к стабильному либо уменьшаются. Момент стабилизации контролируемых в процессе испытаний значений К0р/Кмакс может быть выбран в качестве критерия, по которому оценивают число циклов нагружения, соответствующего периоду зарождения трещины.

Если число циклов оценивать как соответствующее длине трещины, равной по размеру пластической зоне, то получим заниженную оценку долговечности для конкретного уровня амплитуды цикла нагружения.

Предложенный способ может быть использован для выбора длины исходной трещины при проведении испытаний на циклическую трещиностойсть, т.е. для получения кинетических диаграмм dl/dN-Ki. Регламентируемая длина исходной трещины должна быть более 2 мм. Выбрав длину исходной трещины по предложенному способу, можно существенно снизить трудоемкость проведения испытаний, особенно в случае получения пороговых значений коэффициента интенсивности напряжений.

Пример. Исследовали сопротивление усталости сварных срединений на плоских образцах 10x60x300, вырезанных из ротора турбины (сталь 34XIM), которые имели концентраторы напряжений в виде острого перехода между подкладным кольцом и направленным .металлом в корне шва. Образцы испытывали на электрогидравлической машине PS-400 Кн фирмы Шенк при симметричном цикле (Rcr -1) с частотой f 20 Гц. Полосу материала вдоль траектории распространения трещины полировали. Сопротивление усталости определяли по трещинообразованию, причем количество циклов нагружения соответствовало трещине длиной, оцениваемой по известному и предлагаемому способам.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

Контроль зарождения трещины осуществляли с помощью специальной оптической установки, обеспечивающей разрешение 0,5-1,0 мкм. Нагрузку открытия трещины Pop определяли методом упругой податливости, путем установки датчика раскрытия в область вершины надреза.

Дополнительный контроль оценки нагрузки открытия трещины в цикле нагружения проводили с помощью оптической установки. Кор, Кмакс рассчитывали согласно методическим указаниям. Размер пластической зоны оценивали теневым методом с помощью оптической установки.

В результате было установлено, что для оцениваемой на разных уровнях сго(где CTQ- амплитуда цикла нагружения) согласно предложенному способу долговечность соответственно в пм 4,1-2,7 раз больше, чем по известному. Так, для уровня TQ 60 МПа ,1.

Формула изобретения

Способ испытания материала на сопротивление многоцикловой усталости, заключающийся в том, что образец с концентратором в виде трещины циклически нагружают, определяют предельную характеристику поврежденное™ материала в вершине трещины, соответствующую началу ее развития, максимальный в цикле коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины, с учетом которого определяют параметр состояния материала и число циклов до достижения параметром состояния материала предельной характеристики его поврежденное™, по которому судят о сопротивлении материала усталости, отличающийся тем, целью повышения точности за счет исключения ло- грешностей, связанных с определением размеров зоны пластичности в вершине трещины, определяют коэффициент интенсивности напряжений в момент раскрытия трещины, в качестве параметра состояния материала определяют его отношение к максимальному в цикле коэффициенту интенсивности напряжений, а в качестве предельной характеристики поврежденности определяют значение параметра состояния материала на уровне его стабилизации в процессе нагружений.

Изобретение касается испытаний, в частности способов испытаний материалов на сопротивление многоцикловой усталости. Цель изобретения - повышение точности за счет исключения погрешностей, связанных с определением размеров зоны пластичности в вершине трещины. Образец материала с концентратором в виде трещин циклически нагружают, определяют коэффициенты интенсивности напряжений в момент раскрытия трещины и максимальный в цикле до стабилизации их отношения, а по числу циклов до указанной стабилизации судят о сопротивлении многоцикловой усталости.