RU1798656C - Способ определени максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к исследованию механических свойств металлов, в частности , к способам определени  максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении. Цель изобретени  - повышение производительности процесса за счет уменьшени  длительности испытаний. Указанна  цель достигаетс  тем, что дл  экспериментов используют только один образец, на поверхность которого последовательно нанос тс  возрастающие по размеру отпечатки индентора твердости Виккерса и который после нанесени  очередного отпечатка подвергаетс  циклическому нагружению с амплитудой напр жени , равной пределу выносливости в течение количества циклов, соответствующего перегибу кривой усталости . Размер максимально допустимого фекта определ етс  по формуле: VpK Рр Ig Np/lgNn. где Fp - площадь проекции дефекта, при котором произошло уста- лостное разрушение, на плоскость действи  максимальных напр жений, Np - число циклов до разрушени , Nn - число циклов до достижени  перегиба кривой усталости металла без дефекта. эгр деVFC

Description

Изобретение относитс  к. области исследовани  механических свойств металлов, а именно к способам определени  предель но допустимых размеров поверхностных микродефектов, не снижающих предел выносливости материала.

Целью предлагаемого нами способа  вл етс  снижение трудоемкости процесса путем уменьшени  длительности испытаний .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в известном способе определени  предельно допустимого размера поверхностного микродефекта в металлах при циклическом на- . гружении; заключающемс  в том, что в исследуемом металле увеличивают размеры микродефектов, образец металла с дефектом циклически нагружают и определ ют площадь проекции микродефекта, при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действи  максимальных напр жений и соответствующее ему число циклов нагружени , с учетом которых суд т о максимально допустимом размере микродефекта , новым  вл етс  то, что увеличение размеров микродефектов осуществл ют последовательно на одном образце, циклическое нагружение осуществл ют после каждого увеличени  размера микродефекта при напр жении, равном пределу выносливости , числом циклов, соответствующем точке перегиба кривой усталости металла без дефекта, а размер максимально допустимого микродефекта определ ют по следующему соотношению:

VF- v T -igNp

Рк IgNn ..... где Fp - площадь Микродефекта, при котором произошло усталоетное разрушение, на плоскость действи  максимальных напр жений ,.

Np - число циклов до разрушени ,

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

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

Сопоставительный анализ с прототипом показал, таким образом, что за вл емый способ отличаетс  рт известного вышеперечисленными признаками, которые обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию Новизна. ,

Сопоставление предлагаемого технического решени  не только с прототипом, но и с другими техническими решени ми в данной и смежной област х техники показало,- что принцип использовани  при испытани х только одного образца с применением предлагаемых параметров режима испытаний (сг он; N - Nn), а также формула определени  максимально допустимого размера поверхностного микродефекта в металлах при циклическом нагружении

VRT

vFp igNp

IgNn:

никогда ранее в технике не встречались, что позвол ет утверждать о соответствии предложенного решени  критерию Существенные отличи  ; : ;

В практике усталрстных испытаний известно использование поэтапного нагружени  одного образца с целью определени  предела выносливости, когда он испытываетс VTeneHwe полной базы испытаний (10 циклов) после каждого очередного повыше; ни  ступенчато-возрастающего напр жени . В данном случае роль добавочной нагрузки выполн ют искусственные микродефекты , а продолжительность испытани  на каждом этапе значительно снижена и равна числу циклов до перегиба по кривой усталости (дл  сталей обычно 1...3 миллионов циклов). С физической точки зрени  такое ограничение обосновано, ибо усталоетное разрушение может происходить обычно только в пределах этого периода Nn. а в практическом отношении выгодно в св зи со значительным сокращением об- щей длительности испытаний и уменьшением веро тности нежелательного

про влени , материалом эффекта тренировки . ...

Другим существенным отличием за вл емого технического решени   вл етс 

предложенна  формула определени  максимально допустимого размера поверхностного микродефекта, позвол юща  установить его размер как промежуточный между размерами предпоследнего и последнего нанесенного дефекта с учетом долговечности образца на заключительном этапе нагружени , Вывод этой формулы основан на приблизительном посто нстве произведени  а д N дл  разрушаемых образцов одного и того же металла при обычных усталостных испытани х и аналогии вли ни  на усталостную долговечность образца действующих напр жений при обычных испытани х и создаваемых

микродефектов в обсуждаемых испытани х,. что позвол ет использовать уравнение типа ст-1 |g Nn Op Np, где ffp и Nn соответственно напр жение и долговечность любого разрушенного образца, а затем дл  определени  искомой величины Vpi подобное по смыслу уравнение Vp Ig Nn V Nn, где в отличие от предыдущего уравнени  вме- сто напр жени  использован размер микро-.

дефекта.

Предлагаемый способ определени  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 вдавливани  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 напр жении, рав ном пределу выносливости бездефектного металла в течение числа циклов, соответству0 ющего пределу выносливости. Дл  образца из Стали 112ГНЗМФДААР это сос тавило 400 МПа и 1500000 циклов, дл  35Л - 220 МПа и 2106 циклов. После этого испытани  прервали , нанесли на образцы аналогичный де5 фект с размером диагоналей на 0,1 мм больше предыдущего и продолжили испытани  при том же режиме нагружени . Подобным образом наносились следующие дефекты возрастающих размеров и проводились на.гружени  образцов до их устало- стного разрушени . Образец стали 12ГНЗМФАДДР разрушилс  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.

Искома  VFi7 величина определ лась с учетом размера Ур послед него отпечатка и числа циклов нагружени  Np на заключительном этапе по формуле:

. QNp РкIgNn

Итак, дл  первого образца эта величина составила:

/0.0255 ig 1080000

,16

Ig 1500000 6,037

0,156 (мм),

6,176

Дл  второго образца: 0.105 tg 1427000

Ig 2000000 0.324 0i317(i

мм).

6,301

Таким образом, преимуществами предлагаемого способа перед известными  вл ютс :

1. Простота нанесени  искусственных микродефектов.

2. Многократное снижение трудоемкости за счет сокращени  продолжительности испытаний.

3. Снижение металлоемкости благодар  использованию всего лишь одного образца дл  испытаний.

Благодар  этому предлагаемое техническое решение может широко примен тьс  в практике испытаний дл  более обоснованной оценки и выбора конструкционных материалов на основе устанавливаемого при этом критери .

0

5

0

5

0-5

0.

Claims (2)

1. Способ определени  максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении, заключающийс  в том, что в исследуемом металле увеличивают размеры микродефектов, образец металла с микродефектом циклически нагружают и, определ ют площадь проекции микродефекта, при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действи  максимальных напр жений и соответствующее ему число циклов нагружени . с учетом которых суд т о максимально допустимом размере микродефекта, отличающийс  тем, что, с целью снижени  трудоемкости путем снижени  длительности нагружени , увеличение размеров микродефектов осуществл ют последовательно на одном образце, циклическое на- гружение осуществл ют после каждого увеличени  размера микродефекта при напр жении , равном пределу выносливости, числом циклов, соответствующим точке перегиба кривой усталости металла без дефекта , а размер FK максимально допустимого микродефекта определ ют по следующему соотношению

./F-- IgNp

РкIgNn где Fp - площадь проекции микродефекта.

при котором произошло усталостное разрушение , на плоскость действи  максимальных напр жений,

Np.- число циклов до разрушени , Nn - число циклов до достижени  перегиба кривой усталости металла без дефекта.

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