Способ определения максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к. области исследования механических свойств металлов, а именно к способам определения предель но допустимых размеров поверхностных микродефектов, не снижающих предел выносливости материала.

Целью предлагаемого нами способа является снижение трудоемкости процесса путем уменьшения длительности испытаний.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе определения предельно допустимого размера поверхностного микродефекта в металлах при циклическом на- . гружении; заключающемся в том, что в исследуемом металле увеличивают размеры микродефектов, образец металла с дефектом циклически нагружают и определяют площадь проекции микродефекта, при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжений и соответствующее ему число циклов нагружения, с учетом которых судят о максимально допустимом размере микродефекта, новым является то, что увеличение размеров микродефектов осуществляют последовательно на одном образце, циклическое нагружение осуществляют после каждого увеличения размера микродефекта при напряжении, равном пределу выносливости, числом циклов, соответствующем точке перегиба кривой усталости металла без дефекта, а размер максимально допустимого микродефекта определяют по следующему соотношению:

VF- v T -igNp

Рк IgNn ..... где Fp - площадь Микродефекта, при котором произошло усталоетное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжений,.

Np - число циклов до разрушения,

Nn - число циклов до достижения перегиба кривой усталости металла без дефекта.

Новым является также то, что увеличение размеров микродефектов осуществлю ют с помощью индентора твердости Виккерса.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, таким образом, что заявляемый способ отличается рт известного вышеперечисленными признаками, которые обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию Новизна. ,

Сопоставление предлагаемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной и смежной областях техники показало,- что принцип использования при испытаниях только одного образца с применением предлагаемых параметров режима испытаний (сг он; N - Nn), а также формула определения максимально допустимого размера поверхностного микродефекта в металлах при циклическом нагружении

VRT

vFp igNp

IgNn:

никогда ранее в технике не встречались, что позволяет утверждать о соответствии предложенного решения критерию Существенные отличия ; : ;

В практике усталрстных испытаний известно использование поэтапного нагружения одного образца с целью определения предела выносливости, когда он испытываетсяVTeneHwe полной базы испытаний (10 циклов) после каждого очередного повыше; ния ступенчато-возрастающего напряжения. В данном случае роль добавочной нагрузки выполняют искусственные микродефекты, а продолжительность испытания на каждом этапе значительно снижена и равна числу циклов до перегиба по кривой усталости (для сталей обычно 1...3 миллионов циклов). С физической точки зрения такое ограничение обосновано, ибо усталоетное разрушение может происходить обычно только в пределах этого периода Nn. а в практическом отношении выгодно в связи со значительным сокращением об- щей длительности испытаний и уменьшением вероятности нежелательного

проявления, материалом эффекта тренировки. ...

Другим существенным отличием заявляемого технического решения является

предложенная формула определения максимально допустимого размера поверхностного микродефекта, позволяющая установить его размер как промежуточный между размерами предпоследнего и последнего нанесенного дефекта с учетом долговечности образца на заключительном этапе нагружения, Вывод этой формулы основан на приблизительном постоянстве произведения а д N для разрушаемых образцов одного и того же металла при обычных усталостных испытаниях и аналогии влияния на усталостную долговечность образца действующих напряжений при обычных испытаниях и создаваемых

микродефектов в обсуждаемых испытаниях,. что позволяет использовать уравнение типа ст-1 |g Nn Op Np, где ffp и Nn соответственно напряжение и долговечность любого разрушенного образца, а затем для определения искомой величины Vpi подобное по смыслу уравнение Vp Ig Nn V Nn, где в отличие от предыдущего уравнения вме- сто напряжения использован размер микро-.

дефекта.

Предлагаемый способ определения максимально допустимого размера микро- дефекта в металлах при циклическом нагружении был реализован следующим образом, :

Использовались стандартные образцы

из стали 12ГНЗМФАДДР и 35Л (по одному

на каждый сплав). При помощи твердомера

Виккерса, а также путём вдавливания ин . дентрра статической нагрузки на ис.пытательной машине типа ЦД 10/90 на поверхность образцов были нанесены (по

одному на каждый)искусственные микродефекты в виде отпечатков индентора твердости со средним размером диагоналей 0,2

мм. Затем каждый образец подвергали знакопеременному изгибу с вращением на машине УБМ при напряжении, рав ном пределу выносливости бездефектного металла в течение числа циклов, соответству0 ющего пределу выносливости. Для образца из Стали 112ГНЗМФДААР это сос тавило 400 МПа и 1500000 циклов, для 35Л - 220 МПа и 2106 циклов. После этого испытания прервали, нанесли на образцы аналогичный де5 фект с размером диагоналей на 0,1 мм больше предыдущего и продолжили испытания при том же режиме нагружения. Подобным образом наносились следующие дефекты возрастающих размеров и проводились на.гружения образцов до их устало- стного разрушения. Образец стали 12ГНЗМФАДДР разрушился от отпечатка со средним размером диагоналей 0,502 мм после 1080000 циклов Образец стали 35Л - от отпечатков со средним значением диагоналей 1,02 мм после 1427000 циклов.

Искомая VFi7 величина определялась с учетом размера Ур послед него отпечатка и числа циклов нагружения Np на заключительном этапе по формуле:

. QNp РкIgNn

Итак, для первого образца эта величина составила:

/0.0255 ig 1080000

,16

Ig 1500000 6,037

0,156 (мм),

6,176

Для второго образца: 0.105 tg 1427000

Ig 2000000 0.324 0i317(i

мм).

6,301

Таким образом, преимуществами предлагаемого способа перед известными являются:

1. Простота нанесения искусственных микродефектов.

2. Многократное снижение трудоемкости за счет сокращения продолжительности испытаний.

3. Снижение металлоемкости благодаря использованию всего лишь одного образца для испытаний.

Благодаря этому предлагаемое техническое решение может широко применяться в практике испытаний для более обоснованной оценки и выбора конструкционных материалов на основе устанавливаемого при этом критерия.

0

5

0

5

0-5

0.

Формула изобретения

1. Способ определения максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении, заключающийся в том, что в исследуемом металле увеличивают размеры микродефектов, образец металла с микродефектом циклически нагружают и, определяют площадь проекции микродефекта, при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжений и соответствующее ему число циклов нагружения. с учетом которых судят о максимально допустимом размере микродефекта, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости путем снижения длительности нагружения, увеличение размеров микродефектов осуществляют последовательно на одном образце, циклическое на- гружение осуществляют после каждого увеличения размера микродефекта при напряжении, равном пределу выносливости, числом циклов, соответствующим точке перегиба кривой усталости металла без дефекта, а размер FK максимально допустимого микродефекта определяют по следующему соотношению

./F-- IgNp

РкIgNn где Fp - площадь проекции микродефекта.

при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжений,

Np.- число циклов до разрушения, Nn - число циклов до достижения перегиба кривой усталости металла без дефекта.

2. Способ по п.1, о т л ичающийся тем, что увеличение размеров микродефектов осуществляют с помощью индентора твердости Виккерса.

Изобретение относится к исследованию механических свойств металлов, в частности, к способам определения максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении. Цель изобретения - повышение производительности процесса за счет уменьшения длительности испытаний. Указанная цель достигается тем, что для экспериментов используют только один образец, на поверхность которого последовательно наносятся возрастающие по размеру отпечатки индентора твердости Виккерса и который после нанесения очередного отпечатка подвергается циклическому нагружению с амплитудой напряжения, равной пределу выносливости в течение количества циклов, соответствующего перегибу кривой усталости. Размер максимально допустимого фекта определяется по формуле: VpK Рр Ig Np/lgNn. где Fp - площадь проекции дефекта, при котором произошло уста- лостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжений, Np - число циклов до разрушения, Nn - число циклов до достижения перегиба кривой усталости металла без дефекта. эгр деVFC