Способ усталостных испытаний детали Советский патент 1992 года по МПК G01N3/32 

С/

с

Изобретение относится к области механических испытаний к способам диагностики усталостных свойств материала. Цель изобретения - повышение достоверности результата при испытании детали из титанового сплава путем учета влияния индивидуальных особенностей изготовления деталей на склонность к разрушению по межфазным границам Образцы из материала детали нагружают при одинаковом уровне Одни образцы нагружают треугольными, а другие - трапециевидными циклами Определяют долю фасетного рельефа в зависимости от длительности трапециевидного цикла по которой судят о склонности материала к разрушению по межфазным границам 2 з п ф-лы 3 ил

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов а именно к способам диагностики состояния материала при контроле деталей в процессе их изготовления

Цель изобретения - повышение достоверности результата при испытании детали из титанового сплава путем учета влияния индивидуальных особенностей изготовления деталей на склонность к разрушению по межфазным границам

На фиг.1 представлены зависимости скорости роста трещины от длины при различной форме цикла для материала, не проявляющего чувствительности к условиям нагружения на фиг 2 - зависимости скорости роста трещины от длины при различных условиях нагружения для материала, проявляющего высокую чувствительность к форме цикла и формирующим не бороздчатый рельеф уже при треугольной форме цикла: на фиг 3 - предполагаемая зависимость относительной живучести образцов из дисков (титановый сплав ВГЗ-1) от относительной доли бороздчатого рельефа излома

Пример Из дисков 1 ступени компрессора низкого давления двигателя НК-8- 2У из титанового сплава ВТ-8 вырез али плоские образцы сечением 10x20 мм В срединной части образца электроискровым методом с помощью проволоки диаметром 0,1 мм наносили концентратор глубиной около 5 мм Образцы помещали на машину Интс- рон и подвергали их циклическому нагруже- нию путем трехточечного изгиба по отнулевому синусоидальному циклу с частотой 1 Гц. Уровень напряжений составил 500 МПа, так, что в устье концентратора коэффициент интенсивности напряжений составил около 30 МПа Мш После выращивания усталостной трещины на глубину около 5 мм образцы были сняты с испытательной машины и проведено их доламывание. Далее было выполнено фрактографическое

Ч

ел со ы

(Л

W

исследование поверхности разрушения на растровом электронном микроскопе КВИК- СКАН и выявлено, что на поверхности разрушения в образце из диска 1 преобладающим является рельеф в виде усталостных бороздок на участке стабильного роста тре1цины. Доля усталостных бороздок на участке стабильного роста трещины составила около 90%. Это указывает на хорошее свойство материала титанового сплава сопротивляться внешней нагрузке при синусоидальной форме цикла (фиг.З).

В образце из диска 2 развитие трещины происходило при преимущственном (более 90%) формировании усталостных бороздок. Это также характеризует хорошее сопротивление титанового сплава циклической нагрузке.

В образце из диска 3 развитие трещины происходило с преимущественным формированием фасеточного (не бороздчатого рельефа) излома - более 80%. Такая ситуация свидетельствует о плохой способности материала диска 3 сопротивляться усталостной нагрузке.

Из указанных дисков вырезали вторые образцы и подвергли их циклическому на- гружению в тех же условиях по трапецеидальной форме цикла с выдержкой около 20 с по той же схеме изгиба и при том же уровне номинального напряжения. После выращивания трещины на глубину около 5 мм образцы доламывали и подвергали фрактографическому исследованию на растровом электронном микроскопе КВИК- СКАН. В процессе исследования проводили измерения доли участков излома с усталостными бороздками, которая в образце из диска 1 составила менее 5% от общей зоны излома на участке стабильного роста трещины. Преобладающим был фасеточный рельеф излома двухфазного материала. Это указывает на высокую чувствительность материала к выдержке его под нагрузкой в цикле, что существенно снижает его долговечность и относительную живучесть.

Применительно к образцу из диска 2 результаты фрактографического исследования показали, что доля небороэдчатого рельефа сохранилась практически неизменной. Это свидетельствует об удовлетворительных свойствах материала диска сопротивляться циклической нагрузке независимо от формы нагружения.

Фрактографические исследования применительно к образцу из диска 3 показали, что в изломе доля небороздчатого рельефа (фасеточный рельеф) составляет около 95%. Это указывает на высокую чувствительность материала к условиям нагружения, опреде

ляемым выдержкой материала под нагрузкой в цикле нагружения.

В процессе испытаний были выполнены измерения скорости роста трещин. Их сопо5 ставляли с результатами измерения шага усталостных бороздок независимо от той доли, которую бороздчатый рельеф занимает в изломе. Сопоставление результатов измерений позволило установить (фиг.2), что в

10 диске 1 чувствительность материала к форме цикла связана не только со сменной механизма разрушения, но и с увеличением скорости роста трещины.

В диске 2 сохранение доли бороздчатого

15 рельефа излома при сопоставляемых циклах нагружения, тем не менее незначительно отразилось в возрастании скорости роста трещины при треугольной форме цикла по сравнению с трапециеидальной.

20 В диске 3 материал оказался не только плох с точки зрения смены механизма уже при треугольной форме цикла, но трапецеидальная форма цикла привела к существенному возрастанию скорости роста

25 трещины.

Изобретение может быть использовано для качественной и количественной оценки свойства титановых сплавов сопротивляться малоцикловому усталостному разруше30 нию как при треугольной, так и при трапецеидальной форме цикла, а также устанавливать причину преждевременного разрушения деталей из титановых сплавов в эксплуатации.

35 Формула изобретения

40 уровне циклов с развитием в них усталостной трещины и по характеристикам излома образцов судят об усталостной прочности детали, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результа45 та при испытании детали из титанового Сплава путем учета влияния индивидуальных особенностей изготовления деталей на склонность к разрушению по межфазным границам, нагружемие части партии осуще50 ствляют при треугольном цикле, а оставшейся части - при трапециевидном цикле и определяют характеристику склонности материала к разрушению по межфазным границам по зависимости доли фасетного

55 рельефа от длительности трапециевидного цикла на максимальном уровне цикла, с учетом которой судят об усталостной прочности материала детали.

роста трещины от длительности трапециевидного цикла, с учетом которой судят об усталостной прочности материала детали.

/ J 5 7 9 Длина трещины, мм

1в

/ПЛЗБ ВГ8

3 lit 5

; 12

я

§10 S,

га

in о о

ьо,

л

Зч

о о о, о

«

о

0135 7 $ Длина трущпгш, ми.

Фиг. 2

сетного рельефа от длительности трапециевидного цикла на максимальном уровне цикла осуществляют в зоне наибольшего стеснения пластической деформации.

1В

м

12 10 8

9

Сллаб 8Т8

0135 79 Длина трещины, мм

Фиг.1

013579 Длила трещины, мм.

Доля небороздчзтого рельефе, % 10080 $0UQ20О

%.

„20ВД6080 100

Доля бороздч8гого рельефе, %