Способ определения скорости роста усталостной трещины Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к области механических испытаний материалов.в

Целью изобретения является повыше- ниэ точности определения скорости роста уст злостной трещины путем снижения погрешностей, связанных с определением параметра интенсивности пластической деформации, в частности глубины пластически деформированного слоя.

На фиг. 1 показана схема погружения объекта; на фиг. 2 - общий вид исследуемой зо -1ы объекта, примыкающей к границе разрушения; на фиг. 3 - схема измерений величины локальной остаточной деформации, где 1 - объект исследования, 2 - алмазная игла прибора с радиусом закругления 0,01 мм, 3 прибор профилограф-профилометр, 4 - самописец прибора, 5 - лента самописца; на фиг. 4: 1 - коэффициент асимметрии

ЧИ

кла R -- 0,15; 2 - R - 0.3; 3 - R 0.5.

Предлагаемый способ имеет следующую последовательность операций.

На образце, выполненном из материала той же марки, что и контролируемая деталь, в зоне поверхности образца, где ожидается развитие усталостной трещины, удалят механическими способами поверхностной обработки микро- и макронеровности. Образец подвергают нагружению (см. фиг. 1) той же структуры, что и контролируемая деталь, до возникновения усталостной трещины и последующего ее стабильного роста с возрастающей скоростью. В процессе нагружения фиксируют прирост длины трещины в зависимости от наработки, а затем аппроксимацией этой зависимости и ее численным дифференцированием определяют значения скорости роста трещины. На участках траектории роста, где определены значения скорости трещины, измеряют величину локальной остаточной деформации

(Л

с

00

со

4

ю

о

„rW.

как перепада высоты от недеформированной точки А поверхности материала до края излома в точке В (см. фиг. 2, 3). Определяют зависимость скорости роста трещины от величины локальной остаточной деформации (например, типа фиг, 4). В зонах поверхности контролируемой детали, где ожидается развитие усталостных трещин, проводят поверхностную обработку и с тем же качеством, что и при подготовке образца. При обнаружении в детали усталостных трещин в процессе нагружения измеряют локаль- .ную остаточную деформацию у края излома в различных точках по ее длине и по ее величине определяют скорость роста усталостной трещины в этой детали.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Определялась скорость роста усталостной трещины в листовом материале Д16АТ толщиной 1,8 и 5 мм с боковым щелевидным надрезом длиной 10 мм, радиусом дна 0,4 мм. Ширина рабочей части образца 100 мм, расстояние между захватами 250 мм.

Поверхность образца в зоне ожидаемого развития усталостной трещины обрабатывалась механическим способом для удаления микро- и макронеровностей. Все операции выполнялись на чугунных притирах с использованием абразивных паст. На заключительном этапе доводка поверхности осуществлялась с использованием пасты ГОН для получения шероховатости поверхности Rx 0,05 - 0,07 мкм с возможным царапинами глубиной R 1 мкм.

Испытания проводились на испытательной машине .ГРМ-1 с частотой 8,33 Гц до полного разрушения образца. 8 процессе испытаний дискретно фиксировалась длина трещины и соответствующее ей число циклов нагружения, а затем путем аппроксим а- ции полученной зависимости определялись значения макроскоростей в нескольких сечениях по длине трещины. В тех же сечени- ях измерялась величина локальной остаточной деформации (см. фиг. 2) с использованием прибора профилографа- профилометра М-250 с записью профиля поверхности материала в зоне, примыкающей к излому, на ленту самописца (см. фиг. 3). Величина локальной остаточной деформации определялась как перепад высоты от точки А, расположенной на недеформированной поверхности образца, до точки В, расположенной на краю излома (см. фиг. 2, 3). Запись профиля проводилась при вертикальном увеличении в 2000, 1000 и 500 единиц, горизонтальном - 20 и 10 единиц. Длина трассы сканирования (расстояние между А и В) составляла от 3 до 8 мм. Выбор

увеличений и длины трассы проводился из условия возможно более точного определения перепада высот между А и В при исполь- зовании указанного измерительного

оборудования.

Испытания проводились при максимальных напряжениях в цикле а 50 и 80 МПа. коэффициенте асимметрии R 0,15: 0.3; 0,5.

По результатам эксперимента определены зависимости скорости роста трещины

-J-7T от величины локальной остаточной деформации h (см. фиг. 4). Получена аппрокси- мирующая результаты испытаний зависимость

de

d N

С(1 - R)V

(D

5

0

5

0

0

5

где С, q, m - параметры, определяемые из условия наилучшего соответствия формулы (1) экспериментальным данным.

В таблице представлены результаты непосредственных измерений и определены среднеквадратические отклонения от среднего S.

Приведенные экспериментальные результаты показывают, что по величине локальной остаточной деформации, измеренной на границе разрушения, можно восстановить кинетику роста усталостных трещин. Установлено, что на зависимость между скоростью роста усталостной трещины и локальной остаточной деформацией оказывает влияние асимметрия цикла нагружения.

Использование предлагаемого способа позволяет существенно повысить точность определения скорости роста трещины за счет исключения операций снятия слоев материала и рентгенографирования, а также снизить трудоемкость анализа излома.

Способ-прототип применим только при 5 условии свободного доступа к поверхности излома, а необходимость снятия слоев электрополированием и последующим рентге- нографированием не позволяют при сравнимой трудоемкости (количество снимаемых слоев и их толщина) достичь нужной точности определения скорости роста. Предлагаемый способ свободен от указанных недостатков, что делает его более перспективным по сравнению с прототипом.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ определения скорости роста усталостной трещины детали, заключающийся в том, что деталь циклически нагружают и определяют параметр ее деформации в зоне разрушения, с учетом которого судят о

Скорости роста трещины, отличающий1- с я тем, что, с целью повышения точности путем исключения погрешностей, связанных с послойным разрушением детали после ее нагружения, нагружению, ((нелогичному нагружению детали, подвергают образец из материала детали, перед нагружением детали и образца удаляют неровности с поверхностей их зон разрушений, в качестве параметра деформации детали определяют величину ее остаточной деформации в зоне излома, определяют зависимость скорости роста трещины в образце в нескольких сечениях от величины остаточной деформации в этих сечениях, с учетом которой судят о скорости роста трещины, детали.

4-4-М- Ч Ы.

1ТГ-Г -7Т- -

ttff & II

1 l-s.

№&Ј/

I

l-s.

№&Ј/

А б В

ч

Ai Az/l &&89

/г Уг

1

ЧТ

а

XVSSX XV 004

ft

Ч

4-Л

б-б

ff-4

,

/77

%

фме.г

(риг. з

&