RU2461808C2 - Method of determining parameters of endurance curve of metals - Google Patents
Method of determining parameters of endurance curve of metals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461808C2 RU2461808C2 RU2010145278/28A RU2010145278A RU2461808C2 RU 2461808 C2 RU2461808 C2 RU 2461808C2 RU 2010145278/28 A RU2010145278/28 A RU 2010145278/28A RU 2010145278 A RU2010145278 A RU 2010145278A RU 2461808 C2 RU2461808 C2 RU 2461808C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- loading
- cycles
- fatigue
- fracture
- failure
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к испытанию материалов на циклическую прочность (выносливость) и определение параметров их кривой усталости и может быть использовано для определения усталостных характеристик материала в разных областях долговечности.The invention relates to testing materials for cyclic strength (endurance) and determining the parameters of their fatigue curve and can be used to determine the fatigue characteristics of the material in different areas of durability.
Известен способ определения кинетических параметров усталостного разрушения металлов [1], заключающийся в их циклическом нагружении и измерении сигналов акустической эмиссии, измерении мгновенных параметров усталостных трещин, измерении интенсивности напряжений или деформаций в изделии в процессе нагружения, а о контролируемых параметрах судят по соотношению сигналов акустической эмиссии и деформации или интенсивности напряжения с учетом зависимости этих величин для эталонного изделия.A known method for determining the kinetic parameters of fatigue fracture of metals [1], which consists in their cyclic loading and measuring acoustic emission signals, measuring the instant parameters of fatigue cracks, measuring the intensity of stresses or strains in the product during loading, and the controlled parameters are judged by the ratio of acoustic emission signals and strain or stress intensity, taking into account the dependence of these values for the reference product.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения параметров кривой усталостного разрушения металлов [2], заключающийся в их циклическом нагружении до разрушения при фиксируемом уровне напряжения и определении числа циклов нагружения, установлении корреляции между уровнем циклического напряжения и числом циклов до разрушения в области долговечностей вплоть до 106-108 циклов, а уровень напряжения для этой области, при котором разрушение образцов не происходит, определяют в качестве предела усталости.Closest to the proposed invention is a method for determining the parameters of the curve of fatigue fracture of metals [2], which consists in their cyclic loading to failure at a fixed level of stress and determining the number of loading cycles, establishing a correlation between the level of cyclic stress and the number of cycles before failure in the field of durability up to 10 6 -10 8 cycles, and the stress level for this region, at which the destruction of the samples does not occur, is determined as the fatigue limit.
Технической задачей предлагаемого способа является повышение достоверности использования результатов испытания для определения параметров кривой многоциклового усталостного разрушения.The technical task of the proposed method is to increase the reliability of the use of test results to determine the parameters of the multi-cycle fatigue fracture curve.
Для выполнения поставленной технической задачи предлагаемому способ определения параметров кривой усталостного разрушения металлов, заключающийся в их циклическом нагружении до разрушения, определении числа циклов нагружения до разрушения при фиксируемом уровне напряжения и установлением корреляции между уровнем циклического напряжения и числом циклов до разрушения в области долговечностей 106-108 циклов, отличающийся тем, что испытания проводят одновременно с записью информативных параметров сигналов акустической эмиссии, по которым регистрируют момент возникновения трещины, после чего циклическое нагружение прекращают, осуществляют монотонное растяжение испытанного материала до разрушения, чтобы вскрыть поверхность возникшей трещины, полученную поверхность (излом) помещают в электронный микроскоп и анализируют, а о принадлежности данных испытаний к области многоцикловой усталости судят по расположению очага разрушения на поверхности.To fulfill the technical task, the proposed method for determining the parameters of the fatigue fracture curve of metals, which consists in their cyclic loading to failure, determining the number of loading cycles to failure at a fixed stress level and establishing a correlation between the level of cyclic stress and the number of cycles before failure in the durability region 10 6 - 10 8 cycles, characterized in that the tests are carried out simultaneously with the recording of informative parameters of acoustic emission signals, according to The moment of crack initiation is recorded, after which cyclic loading is stopped, the tested material is monotonically stretched to failure to open the surface of the crack, the resulting surface (kink) is placed in an electron microscope and analyzed, and the location of the test data in the area of multi-cycle fatigue is judged by the location the center of destruction on the surface.
В области долговечностей 106-108 циклов происходит переход в разрушении материалов с формированием очага разрушения, как на поверхности материала, так и под его поверхностью. Неразрушенные образцы, которые испытаны до долговечности нагружения в интервале 106-108 циклов могут иметь трещины, однако без их регистрации и отнесения места очага разрушения к поверхности или под поверхность нельзя с определенностью утверждать, что полученные данные испытаний относятся именно к области многоцикловой усталости. Это приводит к существенным искажениям параметров усталостной кривой для области многоцикловой усталости материалов. Поэтому в предлагаемом способе осуществляют нагружение образцов из изучаемого материала для установления связи между уровнем приложенного циклического напряжения и количеством зарегистрированных циклов с момента начала испытаний до разрушения образца. По мере снижения уровня циклического напряжения число циклов до разрушения возрастает и приближается к области долговечностей 106-108 циклов. В предлагаемом способе при достижении указанного числа циклов на первом их испытанных образцов последующее нагружение образцов при уменьшаемом уровне напряжения осуществляют при проведении акустико-эмиссионного контроля. Для этого на образце и в захватах испытательного устройства закрепляют датчики приема сигналов акустической эмиссии и в процессе циклического нагружения осуществляют анализ закономерности формирования сигналов акустической эмиссии на специальных стендах, например, фирмы «Хьюлит Паккарт», по которым судят о моменте возникновения усталостной трещины в испытываемом образце. В этот момент циклическое нагружение прекращают и осуществляют монотонное растяжение испытывавшегося образца до его разрушения при низкой скорости деформации, чтобы обеспечить возможность раскрытия малой по размеру усталостной трещины. Полученный излом помещают в камеру электронного микроскопа и осуществляют поиск зоны расположения очага разрушения. При выявлении очага разрушения на поверхности образца полученные данные об уровне напряжения и числе циклов до зарождения трещины используют для определения параметров усталостной кривой тестируемого материала в области многоцикловой усталости.In the area of durability 10 6 -10 8 cycles, a transition occurs in the destruction of materials with the formation of a fracture center, both on the surface of the material and under its surface. Undestructed samples that were tested to a life of loading in the range of 10 6 -10 8 cycles may have cracks, however, without registering them and assigning the site of the fracture to the surface or below the surface, it is impossible to state with certainty that the test data relate specifically to the area of multi-cycle fatigue. This leads to significant distortions of the parameters of the fatigue curve for the region of multi-cycle fatigue of materials. Therefore, in the proposed method, the loading of samples from the material under study is carried out to establish a relationship between the level of applied cyclic stress and the number of recorded cycles from the moment of testing to the destruction of the sample. As the level of cyclic stress decreases, the number of cycles to failure increases and approaches the area of durability 10 6 -10 8 cycles. In the proposed method, when the specified number of cycles is reached on the first of the tested samples, the subsequent loading of the samples at a reduced voltage level is carried out during acoustic emission control. For this purpose, sensors for receiving acoustic emission signals are fixed on the sample and in the grips of the test device, and during cyclic loading, an analysis is made of the laws governing the formation of acoustic emission signals on special stands, for example, by Hewlit Packart, which is used to judge the moment of occurrence of a fatigue crack in the test sample . At this point, the cyclic loading is stopped and the test specimen is monotonically stretched until it breaks at a low strain rate to allow the opening of a small fatigue crack. The resulting fracture is placed in the camera of an electron microscope and a search for the zone of location of the destruction center is carried out. When identifying the fracture site on the surface of the sample, the obtained data on the stress level and the number of cycles before crack initiation is used to determine the parameters of the fatigue curve of the test material in the region of multi-cycle fatigue.
Предлагаемое изобретение поясняется следующим примером.The invention is illustrated by the following example.
ПРИМЕРEXAMPLE
Были исследованы образцы из титанового сплава ВТ3-1 при циклическом растяжении. Образцы диаметром 8 мм имели концентратор радиусом 2 мм в центральной части. По поверхности концентратора образцы были подвергнуты слабому упрочнению на глубину не более 0.2 мм. Испытания осуществляли на гидравлической машине путем последовательного уменьшения уровня напряжения от 920 МПа до 140 МПа при асимметрии цикла 0.3-0.5. Частота нагружения составила 35 Гц.Samples of VT3-1 titanium alloy under cyclic tension were investigated. Samples with a diameter of 8 mm had a concentrator with a radius of 2 mm in the central part. On the surface of the concentrator, the samples were weakly hardened to a depth of not more than 0.2 mm. The tests were carried out on a hydraulic machine by successively reducing the voltage level from 920 MPa to 140 MPa with a cycle asymmetry of 0.3-0.5. The loading frequency was 35 Hz.
В процессе испытаний осуществляли АЭ - контроль с помощью прибора компании «Хьюлит Паркер». Датчики для регистрации сигналов АЭ располагали как у захватов, так и в центральной части образца. Датчики у захватов использовали для фильтрации шумов, возникающих на установке в процессе испытаний.In the process of testing, AE control was performed using a Hewlet Parker device. Sensors for recording AE signals were located both at the grips and in the central part of the sample. Gauge sensors were used to filter out noise arising from the installation during testing.
После достижения долговечности 106 циклов проводили АЭ-контроль для установления момента возникновения усталостной трещины в образце. О моменте возникновения трещин судили по, так называемому, α-критерию, отражающему резкое нарастание суммарного счета сигналов акустической эмиссии [3].After reaching the longevity of 10 6 cycles, AE control was performed to establish the moment of occurrence of a fatigue crack in the sample. The moment of occurrence of cracks was judged by the so-called α-criterion, reflecting a sharp increase in the total count of acoustic emission signals [3].
В момент возникновения α-критерия циклические испытания прекращали. Образцы подвергали монотонному растяжению до их разрушения. Далее образцы снимали с испытательной установки, изломы отрезали от образца и полученные фрагменты располагали в камере электронного микроскопа фирмы Карл Цейс.At the time the α-criterion arose, cyclic tests were terminated. Samples were subjected to monotonic stretching to failure. Then the samples were removed from the test setup, the fractures were cut off from the sample, and the obtained fragments were placed in a Carl Zeiss electron microscope chamber.
На основании исследований в электронном микроскопе была проведена селекция образцов, у которых трещины зарождались с поверхности и под поверхностью. Зависимость долговечности Nf образцов из титанового сплава ВТ3-1 от амплитуды циклического напряжения σa, полученная по предлагаемому способу сопоставлена с усталостной кривой, которая могла быть построена без селекции образцов, как показано на фиг.1: кривая (1) соответствует данным по зарождению трещин с поверхности; кривая (2) соответствует данным по зарождению трещин под поверхностью; пунктирная кривая показывает положение усталостной кривой без селекции данных по месту расположения очага разрушения, а стрелочками указаны испытанные образцы при акустико-эмиссионном контроле до момента возникновения трещины с последующим их доломом и определением на электронном микроскопе месторасположения очага разрушения.Based on studies in an electron microscope, selection of samples in which cracks originated from and below the surface was carried out. The dependence of the durability N f of VT3-1 titanium alloy samples on the cyclic stress amplitude σ a obtained by the proposed method is compared with a fatigue curve that could be constructed without sample selection, as shown in Fig. 1: curve (1) corresponds to the nucleation data cracks from the surface; curve (2) corresponds to data on the initiation of cracks under the surface; the dashed curve shows the position of the fatigue curve without selecting data at the location of the fracture site, and the arrows indicate the tested samples during acoustic emission monitoring until a crack occurred, followed by their fracture and the location of the fracture site was determined using an electron microscope.
В результате этого была построена левая ветвь усталостной кривой, которая представлена на фиг.1 в сравнении с усталостной кривой «3», которая могла быть построена без реализации предлагаемого способа. Очевидно принципиальное отличие сопоставляемых усталостных кривых «1» и «3».As a result of this, the left branch of the fatigue curve was constructed, which is shown in FIG. 1 in comparison with the fatigue curve “3”, which could be constructed without implementing the proposed method. The fundamental difference between the comparable fatigue curves “1” and “3” is obvious.
В области долговечности 107 и выше все образцы показали зарождение трещин под поверхностью, что было отнесено к другой ветви усталостной кривой «2», отражающей сопротивление усталости в области сверхмногоцикловой усталости [4]. Как следует из результатов эксперимента, для испытанных образцов обработка экспериментальных данных по существующему способу дает принципиальное расхождение в определяемых параметрах усталостной кривой многоциклового разрушения в интервале долговечностей 104-108 циклов по сравнению с предлагаемым способом, позволяющим повысить точность в определении параметров усталостной кривой в области многоцикловой усталости.In the longevity region of 10 7 and above, all samples showed the initiation of cracks under the surface, which was attributed to another branch of the “2” fatigue curve, which reflects the fatigue resistance in the region of supercycle fatigue [4]. As follows from the results of the experiment, for the tested samples, the processing of experimental data by the existing method gives a fundamental discrepancy in the determined parameters of the multi-cycle fracture fatigue curve in the life interval 10 4 -10 8 cycles compared with the proposed method, which allows to increase the accuracy in determining the parameters of the fatigue curve in the region multi-cycle fatigue.
Предлагаемый способ позволяет не только повысить точность в определении параметров усталостной кривой почти на порядок, но и откорректировать результаты уже реализованных экспериментов при циклическом нагружении, в которых испытания в области долговечностей в интервале 106-108 циклов были проведены и образцы не были разрушены. Испытанные циклически образцы, в соответствие с одним из этапов предложенного изобретения, могут быть подвергнуты монотонному растяжению до разрушения с последующим анализом излома. По положению очага разрушения у поверхности или под поверхностью данные испытаний могут быть дифференцированы и отнесены к той усталостной кривой, которая соответствует области многоцикловой усталости или не использованы, если очаг усталостного разрушения вообще отсутствует из-за недостаточного числа циклов нагружения, которые были реализованы в опыте для зарождения усталостной трещины. Дополнительно, предлагаемое изобретение позволяет существенно снизить длительность проводимых испытаний на усталость, особенно в области долговечностей 106-108 циклов. Доля периода роста трещины составляет не более 10% от долговечности в указанной области испытаний, поэтому точность определения самой долговечности будет находиться в указанном пределе. Вместе с тем длительность этого периода по количеству циклов, как указано выше, значительна и может потребовать не одного дня испытаний, если проводить испытания полностью до разрушения образца. Причем разрушение образца может оказаться не с поверхности, что потребует проведения следующих, продолжительных по времени испытаний.The proposed method allows not only to increase the accuracy in determining the parameters of the fatigue curve by almost an order of magnitude, but also to correct the results of already implemented experiments under cyclic loading, in which tests in the field of durability in the range of 10 6 -10 8 cycles were performed and the samples were not destroyed. Cyclically tested samples, in accordance with one of the stages of the proposed invention, can be subjected to monotonic stretching to fracture, followed by analysis of fracture. According to the position of the fracture center near the surface or under the surface, test data can be differentiated and assigned to the fatigue curve that corresponds to the multi-cycle fatigue region or not used if the fatigue fracture center is completely absent due to the insufficient number of loading cycles that were implemented in the experiment for nucleation of a fatigue crack. Additionally, the present invention can significantly reduce the duration of the fatigue tests, especially in the field of durability 10 6 -10 8 cycles. The fraction of the crack growth period is not more than 10% of the durability in the specified test area, therefore, the accuracy of determining the durability itself will be in the specified limit. At the same time, the length of this period in terms of the number of cycles, as indicated above, is significant and may require more than one day of testing if the tests are carried out completely before the destruction of the sample. Moreover, the destruction of the sample may not be from the surface, which will require the following, lengthy tests.
Источники информацииInformation sources
1. АС 1320735, 30.06.87, Бюл. №24, G01N 29/04.1. AC 1320735, 06.30.87, Bull. No. 24, G01N 29/04.
2. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов // М.: Металлургия, 1975, 455 с.2. Ivanova B.C., Terentyev V.F. The nature of metal fatigue // M .: Metallurgy, 1975, 455 p.
3. Троенкин, Д.А., Шанявский А.А, Банов, М.Д., Коняев, Е.А. Методические рекомендации по контролю усталостных повреждений маломерных конструкций методом акустической эмиссии // М.: ЦНТИГА, 1985, 52 с.3. Troenkin, D. A., Shaniavsky A. A., Banov, M. D., Konyaev, E. A. Guidelines for the control of fatigue damage of small structures by acoustic emission // M .: TSNTIGA, 1985, 52 p.
4. А.А.Шанявский. Моделирование усталостных разрушений металлов, Синергетика в авиации. - Уфа, Монография, 2007, 450 с.4. A.A. Shanyavsky. Modeling of fatigue fractures of metals, Synergetics in aviation. - Ufa, Monograph, 2007, 450 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010145278/28A RU2461808C2 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Method of determining parameters of endurance curve of metals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010145278/28A RU2461808C2 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Method of determining parameters of endurance curve of metals |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010145278A RU2010145278A (en) | 2012-05-20 |
| RU2461808C2 true RU2461808C2 (en) | 2012-09-20 |
Family
ID=46230105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010145278/28A RU2461808C2 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Method of determining parameters of endurance curve of metals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2461808C2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108562504B (en) * | 2015-05-21 | 2020-10-09 | 江苏理工学院 | Test method for testing fatigue strength of material |
| CN111400929B (en) * | 2020-04-05 | 2024-07-02 | 辽宁中科力勒检测技术服务有限公司 | Fatigue judging method and equipment for device component |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU693143A1 (en) * | 1978-04-12 | 1979-10-25 | Предприятие П/Я Р-6542 | Method of determining critical length of fatigue crack |
| SU1320735A1 (en) * | 1984-07-05 | 1987-06-30 | Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации | Method of nondestructive check of kinetic parameters of fatigue cracks in articles |
| SU1747942A1 (en) * | 1990-10-23 | 1992-07-15 | Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря | Acoustic-emission method of determining fatigue breakage boundaries of articles |
| KR20070117157A (en) * | 2006-06-07 | 2007-12-12 | 주식회사 포스코 | Method for evaluating fatigue failure of welding structure |
-
2010
- 2010-11-09 RU RU2010145278/28A patent/RU2461808C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU693143A1 (en) * | 1978-04-12 | 1979-10-25 | Предприятие П/Я Р-6542 | Method of determining critical length of fatigue crack |
| SU1320735A1 (en) * | 1984-07-05 | 1987-06-30 | Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации | Method of nondestructive check of kinetic parameters of fatigue cracks in articles |
| SU1747942A1 (en) * | 1990-10-23 | 1992-07-15 | Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря | Acoustic-emission method of determining fatigue breakage boundaries of articles |
| KR20070117157A (en) * | 2006-06-07 | 2007-12-12 | 주식회사 포스코 | Method for evaluating fatigue failure of welding structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010145278A (en) | 2012-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rokhlin et al. | In situ ultrasonic monitoring of surface fatigue crack initiation and growth from surface cavity | |
| Goldaran et al. | Application of acoustic emission for damage classification and assessment of corrosion in pre-stressed concrete pipes | |
| Kourkoulis et al. | Notched marble plates under tension: Detecting prefailure indicators and predicting entrance to the “critical stage” | |
| JP2011149873A (en) | Fatigue characteristic determination method and fatigue life prediction method of material | |
| Triantis | Acoustic emission monitoring of marble specimens under uniaxial compression. Precursor phenomena in the near-failure phase | |
| Dostál et al. | Proportional monitoring of the acoustic emission in crypto-conditions | |
| RU2461808C2 (en) | Method of determining parameters of endurance curve of metals | |
| Botvina et al. | Effect of preliminary cycling on the acoustic emission characteristics of structural 15Kh2GMF steel | |
| Eckles et al. | Monitoring acoustic emission in cross-ply graphite/epoxy laminates during fatigue loading | |
| Budano et al. | Acoustic Emission data analysis to evaluate damage mechanisms in pipeline carbon steels | |
| RU2536783C1 (en) | Method of determining operating life of metal of pipeline | |
| RU2619480C1 (en) | Method of metal fatigue life forecasting | |
| Singh | The nature of initiation and propagation S‐N curves at and below the fatigue limit | |
| JP2004144549A (en) | Non-breaking high-temperature creep damage evaluation method | |
| Matocha | The use of small punch tests for determination of fracture behaviour of ferritic steels | |
| RU2739154C1 (en) | Method of prediction of parameters of fatigue destruction of sheet metal materials | |
| RU2647551C1 (en) | Method for determining characteristics of crackbility of materials | |
| RU2767028C1 (en) | Method of determining embrittlement of material | |
| Prakash et al. | Fatigue response evaluation of stainless steel SS 304 L (N) and SS 316 L (N) through cyclic ball indentation studies | |
| RU2238535C2 (en) | Method of determining resistance of material to damaging | |
| RU2808692C9 (en) | Method for determining fatigue crack growth rate in vacuum | |
| RU2808692C1 (en) | Method for determining fatigue crack growth rate in vacuum | |
| Nayeb-Hashemi et al. | Nondestructive evaluation of fiberglass reinforced plastic subjected to combined localized heat damage and fatigue damage using acoustic emission | |
| RU2354957C1 (en) | Method of evaluating tendency of alloys to stress-corrosion cracking | |
| Kaphle et al. | Damage quantification techniques in acoustic emission monitoring |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121110 |