Способ создания усталостной трещины заданной длины Советский патент 1992 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к испытаниям материалов и может быть использовано при настройке средств неразрушающего контроля и для определения механических характеристик материалов.

Известен способ определения длины усталостной трещины, заключающийся в том, что проводят циклическое нагружение образца, доводят его до разрушения и производят фрактографические измерения, по которым судят о длине и скорости роста усталостной трещины.

Длину усталостной трещины определяют только после разрушения образца.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения длины усталостной трещины, заключающийся в том, что проводят циклические наг ру ения образца, через образец с трещиной пропускают нестоянный электрический ток и регистрируют разности электрических потенциалов между двумя парами точек, фиксированных на образце.

Недостатком данного способа является то, что он имеет недостаточную точность не учитывающую постоянную скорость роста трещины.

Цель изобретения - повышение точности за счет обеспечения постоянной скорости роста при формировании несквозных трещин.

Поставленная цель достигается гем, что в способе создания усталостной трещины заданной длины, заключающемся в том, что нагружают образец циклической нагрузкой, с момента зарождения трещины определяют параметры этого роста, с учетом которых судят об ее длине, нагружение осуществляXI

ы о ел о ю

ют при постоянной деформации, в качестве параметра роста трещины регистрируют скорость ее роста, а длину трещины определяют из следующего соотношения:

L d-AN,

где L - текущее значение длины усталостной трещины;

5- средняя скорость роста усталостной трещины в цикле;

ДМ - разница между текущим значением числа циклов и числом циклов соответствующих моменту возникновения усталостных трещин.

На фиг, 1 изображена схема нафужаю- щего устройства; на фиг. 2 - схема расположения датчиков на испытываемом образце; на фиг. 3 - график суперпозиции длины (L мм) и скорости (V мкм) роста усталостной трещины в зависимости от числа циклов на- гружения (N), полученные в результате фрактографических измерений после предварительных испытаний; на фиг. 4 - график информативного параметра акустической эмиссии (А), зарегистрированный в процессе испытаний эталонного образца в зависимости от числа циклов (N).

Пример. При реализации данного способа использовалось нагружающее устройство, обеспечивающее жесткий режим циклического нагружения при испытании на изгиб по трехточечной схеме (фиг. 1). Оно состоит из опорных роликов 1, перестраиваемого эксцентрика 2, толкателя 3 и направляющих перемещения толкателя 4. В качестве приемников акустической эмиссии использовались датчики дифференциального типа расположение которых показано на фиг. 2, где на образце 5 с концентратором 6 установлены охранные датчики 7 и информативный датчик 8.

Проверка предлагаемого способа проводилась на образцах прямоугольного сече- ния из алюминиевого сплава с геометрическими размерами 10x30x250 мм3 На образце 5 наносили несквозной концентратор полуэллиптической формы протяженностью по поверхности 5 мм и глубиной 1 мм. Концентратор наносили электроискровым способом, что практически исключает наличие остаточных напряжений. Воспроизводимость минимального и максимального прогибов от испытания к испытанию достигалась за счет изменения диаметров опорных роликов 1 и изменения величины эксцентриситета у перестраиваемого эксцентрика 4.

В качестве метода, позволяющего определять момент возникновения усталостной трещины и следить за ее ростом, использовалась акустическая эмиссия. Датчики 7 выполняли функции охранных датчиков, т.е. сигналы, которые во времени принимались этими датчиками раньше чем информативным датчиком 8, отфильтровывались и в обработке не участвовали. Контроль акустической эмиссии осуществлялся по схеме временной селекции. С целью получения количественно сопоставимых результатовприпроведении

акустико-эмиссионного контроля в каждом испытании обязательно выполнялся контроль качества акустического контакта с целью его воспроизводства.

При проведении предварительных испытаний, выполняемых с целью определения скорости роста усталостной трещины в заданных условиях нагружения, испытываемый образец 5 циклически нагружали в жестком режиме нагружения. Испытания заканчивали при разрушении образца, На участке образца с усталостной трещиной проводили фрактографические измерения с целью определения средней скорости роста

усталостной трещины в цикле и ее длины. Результаты измерений приведены на фиг. 3, где 1 - кривая скорости роста усталостной трещины, а 2 - кривая длины усталостной трещины. До некоторой длины скорость роста остается практически постоянной и ко леблется в пределах 0,8 - 2,0 мкм. Таким образом, средняя скорость усталостной трещины при данных условиях испытаний с момента возникновения и до некоторой

критической длины (в условиях эксперимента критическая длина составляла 5,6 мм) в среднем составляет 0,15 мкм за цикл

После предварительного испытания переходили к испытаниям на эталонных образцах.

Для этого проводили циклическое на- гружение эталонного образца при тех же условиях нагружения и том же качестве акустического контакта. В процессе циклического нагружения определяли момент возникновения усталостной трещины и фиксировали число циклов, соответствующих этому моменту. На фиг. 4 приведен график изменения информативного параметра акустической эмиссии А от числа циклов нагружения N. На графике отчетливо виден момент возникновения усталостной трещины (отмеченный на графике символом/). О текущей длине усталостной трещины после

регистрации момента ее возникновения судили по соотношению

L- б-ДМ,

где L - текущее значение длины усталостной трещины;

д- средняя скорость роста усталостной трещины в цикле;

ДМ- разница между текущим значением числа циклов и числом циклов, соответствующих моменту возникновения усталостной трещины.

В соответствии с предлагаемым соотношением длина трещины, рассчитанная по результатам испытаний, составляет

1 0,15 х (39662 - 9917)71000 4,46 мм.

Значение чисел циклов, используемых в вычислениях, определяется непосредственно из приведенного графика (фиг, 4).

Достоверность результатов проверяли в следующей последовательности.

После окончания испытаний (испытания заканчивались раньше, чем трещина достигнет критической длины 5,6 мм) образец подвергали капилярному методу неразрушающего контроля, который является наи- более чувствительным к поверхностным дефектам. Затем образец доламывали и на металлографическом микроскопе определяли длину трещины. Было установлено, что длина трещины составляет 4,2 мм. Таким образом, погрешность не превышает 6%.

Использование изобретения позволяет создавать усталостные трещины заданной длины на образцах, которые могут быть использованы при настройке средств нераз-

рушающего контроля и для определения механических характеристик материалов. Формула изобретения

1,Способ создания усталостной трещины заданной длины, заключающийся в том, что нагружают образец материала циклической нагрузкой и с момента зарождения трещины определяют параметры этого роста, с учетом которых судят об ее длине, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем обеспечения постоянной скорости роста при формировании несквозных трещин, нагружение осуществляют при постоянной деформации, в качестве параметра роста трещины регистрируют среднюю скорость ее роста в цикле, а длину трещины определяют из следующего соотношения:

L 5-ДМ,

где L-текущее значение длины усталостной трещины;

(5- средняя скорость роста усталостной трещины в цикле;

А N - разница между текущим значением числа циклов и числом циклов, соответствующих моменту зарождения трещины.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что момент зарождения трещины определяют методом акустической эмиссии.

Изобретение относится к испытаниям материалов и может быть использовано при настройке средств неразрушающего контроля и для определения механических характеристик материалов Цель изобретения - повышение точности за счет обеспечения постоянной скорости роста при формировании несквозных трещин. Проводят предварительные испытания образца, заключающиеся в циклическом нагружении образца до разрушения и определении средней скорости роста усталостной трещины. Нагружение проводят в жестком режиме нагружения, затем проводят испытания на эталонных образцах при тех же условиях нагружения. В процессе циклического нагружения определяют момент возникновения усталостной трещины и фиксируют число циклов, соответствующих этому моменту. О текущей длине L усталостной трещины после регистрации момента ее возникновения судят по соотношению: L (VAN. 4 ил. (Л

Фаг. 1 7

L

/Фч,

1-Г

s s

Фиг. 2

Ф

Sample Tl, D-16 (test o-f method) A

J

AJJ-JA-X---.-AF

9917 19835

2975

11/29/S9 14:09:39

29752

3966$

N

Фиг.4