Способ усталостных испытаний металлических материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к испытаниям материалов при оценке работоспособности их в условиях циклического нагружения и направлено на продление длительности сопротивления роста усталостных трещин, в том числе, и при имитации условий эксплуатационного нагружения при стендовых испытаниях конструктивных элементов.

Цель изобретения - повышение точности при сравнительных испытаниях за счет снижения погрешностей, связанных с неконтролируемым напряженным состоянием.

На чертеже представлена зависимость скорости роста трещины в прямоугольном образце из стали, 12Х2Н4ВА от длины трещины.

Способ поясняется следующим примером,

В плоском образце сечением 5x40 мм из стали 12Х2Н4ВА выращивали усталостную трещину при растяжении по отнулевому циклу с уровнем напряжения 400 МПа. При достижении трещиной длины около 3 мм осуществляли перегрузку до уровня напряжения 500 МПа, при котором несколько увеличивали зону пластической деформации перед вершиной трещины. О границе зоны судили по величине коэффициента интенсивности напряжений, который рассчитывали по известным соотношениям механики . разрушения. До уровня напряжений 400 i МПа определяли по тем же соотношениям механики разрушения размеры зоны стабильного роста трещины, При этом, исходили из величины коэффициента интенсивности напряжений определяющего вязкость разрушения материала, равном

CD

ю ю vi

100 МПа м1 2. Величина зоны составляет около 16 мм. Размер зоны пластической деформации по известному соотношению 1/2 (Ki:)2 для данного материала с пределом текучести 800 МПа составляет около 1 мм. Таким образом, интервал длины зоны насыщения материала составил 4...15 мм. Ирходя из этого, проводили насыщение металла углеродом (цементацию) при локальном нагреве в пределах указанного участка, ограничивая его сверху длиной 10 мм. В пределах длины около 6 мм перед вершиной трещины и вне зоны пластической деформации проводили насыщение материала углеродом при нагреве до 540°С в течение 3 ч. Этой длительности было достаточно, чтобы обеспечить проникновение углерода с двух сторон поверхности образца на глубину около 2,5 мм с каждой стороны. После осуществления указанных операций проводили последующее циклическое нагружение и фиксировали скорость роста усталостной трещины. Как показано на чертеже на длине трещины около 6 мм было достигнуто максимальное снижение скорости роста трещины с последующим ее возрастанием до первоначальной величины на длине около 10 мм. На основании этой зависимости разность предполагаемого и реализованного роста трещины составила около 2-105 циклов.

Эффективность способа может быть выполнена за счет выбора режимов насыщения материала упрочняющими элементами и соответствующим выбором самих упрочняющих элементов.

Использование1 изобретения позволяет за счет изменения локальных свойств матеTfuHjvM

0

5

риала изменять его способность сопрогив ляться росту трещины. Это позволяет увеличить длительность работы материала на этапе распространения устэлостной трещины. Причем, по интенсивности снижения скорости роста трещины в одинаковых условиях воздействия можно сравнить между собой материалы с точки зрения их способности сопротивляться росту трещины. Может быть проведена также локальная термообработка с изменением пластических и упругих характеристик,

Формула изобретения

0

0

5

Способ усталостных испытаний металлических материалов, заключающийся в том, что в образце выращивают трещину путем его циклического нагружения при стационарном режиме и при изменении формирования зоны пластической деформации и измеряют зону стабильного роста трещины, в пределах которой определяют изменение периода роста трещины при изменении 5 формирования зоны пластической деформации по сравнению со стационарным режимом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при сравнительных испытаниях путем снижения погрешностей, связанных с неконтролируемым напряженным состоянием, изменение формирования зоны пластической деформации осуществляют путем диффузионного насыщения материала образца на участке между зоной пластической деформации в вершине трещины и границей зоны стабильного роста трещины.

Изобретение относится к испытаниям материалов при оценке работоспособности материалов в условиях циклического нагру- жения. Цель изобретения: повышение точности при сравнительных испытаниях путем снижения погрешностей, связанных с неконтролируемым напряженным состоянием. В образце выращивают усталостную трещину, затем осуществляют стационарное нагружение до уровня напряжений, при котором увеличивали зону пластической деформации перед вершиной трещины. О границе зоны Ьудят по величине коэффициента интенсивности напряжений. Далее определяют размеры зоны стабильного роста трещины и проводят диффузионное насыщение зоны углеродом при локальном нагреве. После осуществления указанных операций проводят последующее циклическое нагружение и фиксируют скорость роста устало- стной трещины. 1 ил.

Составитель А.Шанявский

Техред М.МоргенталКорректор С.Шекмар

Редактор. Т.Иванова

Заказ 1718Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

tjHH