SU1733956A1

SU1733956A1 - Method of determining crack spreading dynamics at creep in solid material

Info

Publication number: SU1733956A1
Application number: SU904785708A
Authority: SU
Inventors: Валерий Александрович Петров; Валентин Францевич Червинский; Иван Иванович Филатов
Original assignee: Усть-Каменогорский Педагогический Институт
Priority date: 1990-01-24
Filing date: 1990-01-24
Publication date: 1992-05-15

Abstract

Изобретение относитс к технике испытаний материалов, в частности к методам определени динамики распространени трещин в твердых материалах при ползучести . Цель изобретени - определение скорости развити трещины и упрощение опре- делени момента ее возникновени . Образец, выполненный из тонколистового материала, размещают в рабочей камере, вакуумируют полость камеры, ограниченную внутренней поверхностью образца и провод т нагрев образца. Под действием повышенной температуры и посто нной нагрузки за счет разности давлений газа в разделенных образцом полост х камеры, в образце происход т процессы ползучести, которые привод т к образованию трещины и ее развитию. При этом в вакуумируемой полости регистрируют момент начала увеличени давлени , который совпадает с моментом образовани трещины, и момент стабилизации давлени , по разности которых определ ют врем развити трещины. По времени и измер емой длине трещины определ ют скорость ее развити . 1 з.п. ф- лы, 1 ил. СОThe invention relates to a technique for testing materials, in particular, methods for determining the dynamics of the propagation of cracks in solid materials in creep. The purpose of the invention is to determine the rate of crack development and simplify the determination of the moment of its occurrence. A sample made of thin-sheet material is placed in a working chamber, vacuum chamber cavity limited to the inner surface of the sample and the sample is heated. Under the action of elevated temperature and constant load due to the gas pressure difference in the chamber cavities separated by the sample, creep processes occur in the sample, which lead to the formation of a crack and its development. At the same time, in the evacuated cavity, the time of the beginning of the pressure increase, which coincides with the moment of the crack formation, and the time of pressure stabilization are recorded, and the time of the crack development is determined from the difference. The time and the measured crack length determine the rate of its development. 1 hp f-ly, 1 ill. WITH

Description

Изобретение относитс к исследовани м грочностных свойств материалов, в частности , к трещиностойкости материалов при ползучести и усталости.The invention relates to the study of the strength properties of materials, in particular, to the crack resistance of materials in creep and fatigue.

Известны способы измерени скорости развити трещины, регистрации момента страгивани трещины, основанные на косвенных методах измерений.Methods are known for measuring the rate of crack development, recording the moment of crack opening, based on indirect measurement methods.

Наиболее близкий способ регистрации момента страгивани трещины заключаетс в том, что образец с надрезом обдувают газообразной средой, источник которой располагают у вершины надреза, нагружают образец, при этом внутреннюю полость надреза герметизируют металлической фольгой , которую прикрепл ют к боковым поверхност м образца, оставл ют зазор у вершины надреза и измер ют давление среды во внутренней полости, по скорости изменени которого суд т о моменте страгивани трещины.The closest way to register the moment of cracking is that the notched sample is blown with gaseous medium, the source of which is located at the top of the notch, load the sample, while the internal cavity of the notch is sealed with metal foil, which is attached to the side surfaces of the sample, leaving a gap at the top of the notch, the pressure of the medium in the internal cavity is measured, the rate of change of which determines the moment of crack opening.

Недостаток известного способа заключаетс в том, что он позвол ет судить лишь о моменте страгивани трещины и не позвол ет определить скорость развити трещины.The disadvantage of this method is that it only allows to judge about the moment of crack opening and does not allow to determine the rate of crack development.

Цель изобретени состоит в упрощении определени момента возникновени и скорости развити трещины.The purpose of the invention is to simplify the determination of the moment of occurrence and the rate of crack development.

Поставленна цель достигаетс тем, что на наружную поверхность образца воздейVIThe goal is achieved by the fact that the external surface of the sample is affected by

соwith

CJCJ

ю ел оyou ate about

ствует давление, а с внутренней стороны образца давление измер ют, при этом перед нагружением образец размещают в рабочей камере и вакуумируют ее полость, ограниченную внутренней поверхностью образца, а после нагружени , мен рабочие параметры среды, регистрируют во времени момент начала увеличени давлени и момент его стабилизации, по которым определ ют врем развити трещины. В качестве образца используют тонколистовой материал.pressure, and on the inside of the sample, the pressure is measured, and before loading the sample is placed in the working chamber and its cavity, which is bounded by the internal surface of the sample, is evacuated, and after loading, the working parameters of the medium are recorded, and the time it begins to increase stabilization, which determine the time of crack development. As a sample, sheet material is used.

На чертеже представлена принципиальна схема установки.The drawing shows a schematic diagram of the installation.

Установка дл испытаний состоит из рабочей камеры 1, разделенной образцом 2 на две полости: верхнюю, сообщающуюс с атмосферой , и нижнюю рабочую, в которой создают вакуум. Камера имеет вакуумное уплотнение 3, вод ную рубашку А. В нижней полости устанавливают нагреватель 5 и ва- кууметр 6, а в верхней - индикатор часового типа 7, наконечник которого представл ет собой термопару 8.The test apparatus consists of a working chamber 1, divided by sample 2 into two cavities: the upper, which is connected to the atmosphere, and the lower, in which a vacuum is created. The chamber has a vacuum seal 3, a water jacket A. A heater 5 and a vacuum meter 6 are installed in the lower cavity, and a dial-type indicator 7, the tip of which is a thermocouple 8, is installed in the upper cavity.

Способ осуществл етс следующим образом .The method is carried out as follows.

С помощью нагревател 5 образец 2 нагревают до определенной температуры. При этом образец прогибаетс на определенную величину. Стрелу прогиба д опре- дел ют индикатором 7. Термопара 8 находитс в посто нном контакте с образцом и фиксирует температуру в центре образца . При этом вакуумное уплотнение 3 охлаждают с помощью вод ной рубашки 4 проточной водой. Затем в нижней полости камеры создают вакуум. Под действием посто нной нагрузки и повышенной температуры в образце происход т процессы ползучести, которые в конечном итоге привод т к разрушению образца. При этом в нижней полости камеры нарушаетс вакуум . Момент нарушени вакуума и характер его изменени фиксируетс вакуумметром 6.Using heater 5, sample 2 is heated to a certain temperature. In this case, the sample bends by a certain amount. The deflection arrow d is determined by indicator 7. Thermocouple 8 is in constant contact with the sample and records the temperature at the center of the sample. In this case, the vacuum seal 3 is cooled with the help of a water jacket 4 with running water. Then a vacuum is created in the lower cavity of the chamber. Under the action of a constant load and an elevated temperature in the sample, creep processes occur, which ultimately lead to the destruction of the sample. In this case, a vacuum is broken in the lower cavity of the chamber. The moment of vacuum disturbance and the nature of its change is recorded with a vacuum gauge 6.

Момент ёозникновени трещины ( Г0) соответствует моменту начала увеличени давлени в нижней полости камеры. О динамике роста трещины суд т по характеру из- менени давлени во времени. Момент окончани роста трещины (т) соответствует моменту стабилизации давлени . Врем роста трещины г определ етс разностью (Гк- Го).The moment of crack penetration (G0) corresponds to the moment when the pressure in the lower cavity of the chamber begins to increase. The dynamics of crack growth are judged by the nature of the pressure change over time. The moment of the end of crack growth (t) corresponds to the moment of pressure stabilization. The crack growth time r is determined by the difference (Gk-Go).

После остановки роста трещины образец вынимаетс из установки и определ етс размер трещины (S). Скорость роста трещины (V, мм/с) определ етс отношением (S/т).After the crack growth has stopped, the sample is removed from the installation and the crack size is determined (S). The crack growth rate (V, mm / s) is determined by the ratio (S / t).

П р и м е р. В лаборатории кафедрыPRI me R. In the laboratory of the department

физики УКПИ проведены опыты по определению момента возникновени и скорости распространени трещины в титановой фольге толщиной 50 мкм при ползучести в интервале температур 300-600°С с использованием в рабочей полости камеры вакуума . Образец имеет форму диска диаметром 110мм.UKPI physicists carried out experiments to determine the moment of occurrence and the rate of propagation of a crack in titanium foil 50 µm thick with creep in the temperature range 300-600 ° C using vacuum in the working cavity. The sample has the shape of a disc with a diameter of 110mm.

Установлено два принципиально различных механизма разрушени фольги приThere are two fundamentally different mechanisms for foil destruction at

ползучести. В пластичной фольге (после прокатки или отжига) происходит образование и сли ние микропор, что ведет к образованию сквозных отверстий диаметром 1...2 мм. Скорость их роста составл етcreep. In a plastic foil (after rolling or annealing), micropores form and merge, which leads to the formation of through holes with a diameter of 1 ... 2 mm. Their growth rate is

0,1...0,5 мм/с. В поверхностно-упрочненной и охрупченной вследствие этого фольге (примен лс метод имплантации ионами углерода и азота) возникает трещина длиной 20...30 мм. Скорость ее роста составл ет0.1 ... 0.5 mm / s. In the surface-strengthened and embrittled foil as a result (the method of implantation with carbon and nitrogen ions was used) a crack with a length of 20 ... 30 mm appears. Its growth rate is

20...100 мм/с.20 ... 100 mm / s.

Использование предлагаемого способа измерени скорости распространени трещины в твердых материалах по сравнению с существующим позвол ет проводить измерени а услови х ползучести, значительно упростить методику измерени и проводить ее ускоренно и определ ть не только момент страгивани трещины, но и скорость ее распространени .Using the proposed method for measuring the propagation rate of cracks in solid materials as compared to the existing one allows measuring creep conditions, greatly simplifying the measurement procedure and carrying it out quickly and determining not only the moment of crack initiation, but also the rate of its propagation.

Claims

1. A method for determining the dynamics of crack propagation in a solid material during creep, including the impact on the outer surface of the specimen and the measurement of the pressure of the medium on the inner side of the specimen, so as to determine the velocity

developing a crack and simplifying the determination of the moment of its occurrence before loading, the sample is placed in the working chamber and vacuum is applied to its cavities limited by the internal surface of the sample,

and after loading, the time of onset of pressure increase and the moment of its stabilization, which determine the time of crack development, are recorded over time.

2. A method according to claim 1, characterized in that the sample is made from thin-sheet material.

To pump