Образец для определения коэффициента интенсивности напряжений К @ вязких материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к испытаниям материалов на механические свойства, в частности к испытанию вязких материалов на трещи нестойкость.

Известен образец для определения испытаний на трещиностойкость. Как показали исследования, такой образец с трещиной не пригоден для изучения трещиностойкости вязких материалов, поскольку при их испытании наблюдаются большие пластические деформации в процессе его разрушения. Следовательно, характеристику Ktc материала нельзя корректно определить.

Наиболее близким по техническому решению является цилиндрический образец с кольцевой трещиной.

Для получения достоверных значений Kic при выборе габаритов образца пользуются аналогичными соотношениями

Ki

Kic ч2

(L)z,,6(f.

Пп о /V /Tn т

ОЬ.2

О0.2

со

с

(1)

где D - наружный диаметр;

d - диаметр образца с трещиной;

L - длина образца;

Kic - трещиностойкость материала; Ой,2 - предел его текучести.

Однако, и в этом случае корректного определения характеристики Ki, вязких материалов нужны габаритные размеры образца, что связано с большим расходом материала на их изготовление (D - 160 мм, L - 1600 мм) и использованием мощных испытательных машин, которые не все да имеются в наличии в заводских лабораториях.

Целью изобретения является экономия материала и повышение достоверности полсо ю ч ел ч о

учения характеристики трещиностойкости Ki,. для вязкого материала.

Поставленная цель достигается тем, что а известном образце имеется основа с выполненным на ней надрезом, на дне которо- го образована трещина, утолщенный участок основы с надрезом имеет резьбовую поверхность, на которую навинчены с натягом резьбовые кольца из материала с твердостью, выше материала основы, а тор- цевые поверхности колец сомкнуты в плоскости торцевого надреза.

На фиг. 1 показан общий вид образца для определения трещиностойкости Kic вязких материалов; на фиг. 2 показано попереч- ное сечение образца.

Образец состоит из основы 1 с утолщенным участком, на котором имеется кольцевой надрез 2, на дне которого образована усталостная исходная кольцевая трещина 3. а снаружи резьбовая поверхность 4 и двух резьбовых колец 5, навинченных с натягом до смыкания торцевых поверхностей в плоскости кольцевого надреза.

В связи с тем, что материал колец имеет твердость выше от материала основы, а само резьбовое соединение выполнено с натягом, то при растяжении такого образца тормозится пластическое течение вязкого материала, а следовательно, обеспечивают- ся условия хрупкого разрушения именно на .малогабаритном образце. Тем самым повышается достоверность (корректность) установления истинного значения характеристики Kic. Кроме того, разрабо- танный образец в десятки раз меньше по массе по сравнению с известным и не требует наличия мощных испытательных машин и другой контрольно-измерительной техники.

Пример. Опробование предложенной конструкции образца осуществляли по такой технологии его изготовления: резка прутка на заготовки длиной L 10 D; центровка двух отверстий с торца заготовки; протачивание ступенчатых поверхностей до диаметров D, do; нарезка кольцевого надреза V-образной формы с углом при вершине а 60° до диаметра нарезка резьбы на диаметрах D, d0; создание усталостной трещины путем кругового изгиба образца на глубину drp/D 0,7 (dtp - диаметр образца

в плоскости кольцевой трещины); навинчивание на диаметр D двух резьбовых колец повышенной твердости до смыкания их торцевых поверхностей: проведение осевого растяжения образца до полного разрушения на испытательной машине.

Имея разрушающую нагрузку F F, при которой происходило разрушение образца с трещиной, по известной формуле определяли трещиностойкость материала

у 0.7976 V 1-Я 1 -0,8012

(2)

где Y - безразмерная функция, учитывающая относительный размер трещины.

Результаты исследований для сталей 20Х, 40Х и Ст 3, выполненных на образцах предложенной конструкции D 16 мм, dK 12 мм, 11 мм, L 150 мм С насадными резьбовыми кольцами М.16 1,5 мм, D0 80 мм, 2J 64 мм, представлены в таблице.

Для сравнения в этой таблице представлены для этих сталей известные значения Kic. Удовлетворительное соответствие данных между собой свидетельствует о корректности предложенных исследований на этом образце.

Формула изобретения Образец для определения коэффициента интенсивности напряжения Kic вязких материалов, состоящий из основы с цилиндрической поверхностью и выполненным на ней надрезом, на дне которого образована трещина, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности характеристики Kic, на основе по обе стороны от надреза выполнены одинаковые цилиндрические утолщенные участки, на которых выполнены разнонаправленные резьбы, образец снабжен двумя резьбовыми кольцами из материала, твердость которого выше твердости материала основы, навинченными каждое с натягом на резьбу соответствующего утолщенного участка, а торцы колец контактируют один с другим.

Примечание. В опытах 1-3 использовались цилиндрические образцы с кольцевой трещиной на осевое растяжение: в опыте 4-компактные образцы на внецентренное растяжение. ,

В предлагаемой конструкции образца резьбовые кольца изготовлены из стали 45 ПОСле термообработки: закалка при 840°С, охлаждение в воДе, отпуск при 200°С. Твердость колец НРС 55-58 единиц

Изобретение относится к испытательной технике, конкретно к образцам для определения трещиностойкости Kic вязких материалов. Цель изобретения - повышение достоверности характеристики Kic. Для достижения положительного эффекта на основе по обе стороны от надреза выполнены разнонаправленные резьбы, образец снабжен двумя резьбовыми кольцами из материала, твердость которого выше твердости материала основы, навинченными каждое с натягом на резьбу соответствующего утолщенного участка, а торцы колец контактируют один с другим. 2 ил., 1 табл. ,

Фиг. 7

А-А

Фиг. 2