SU1753351A1 - Material fatigue stress testing method - Google Patents

Abstract

Цель изобретени  - упрощение способа путем исключени  необходимости определени  величины температур саморазогрева в процессе нагружени . Способ включает нагружение эталонного образца и испытуемого издели  до разрушени  путем приложени  к ним циклической возрастающей нагрузки и определение критической температуры их самораэогрева. с учетом которой суд т об усталости испытуемого издели . Аналогично основному нагружают дополнительный эталонный образец, определ ю™ зависимости уровней относительных микроискажений эталонных образцов от изменени  нагрузок, нагружение испытуемого образца осуществл ют нагрузкой, величина которой лежит на линейном участке указанной зависимости, определ ют уровень его относительных микроискажений, а критическую температуру саморазогрева последнего определ ют из соотношени  тт Г, . ., Т1 ) (ti)+ -гдет 4критическа  температура саморазогрева испытуемого образца; Ti, Та - критические температуры саморазогрева эталонных образцов , FM1, Јм2 - уровни относительных микроискажений эталонных образцов, ЈМ4 уровень относительных микроискажений испытуемого образца 1 табл , 2 ил & ЁThe purpose of the invention is to simplify the process by eliminating the need to determine the magnitude of the self-heating temperatures during the loading process. The method includes loading the reference sample and the test product before destruction by applying to them a cyclic increasing load and determining the critical temperature of their self-heating. taking into account which one judges fatigue of the tested product. Similarly to the main one, an additional reference sample is loaded, the relative microdistortions of the reference samples depend on the load variation, the test sample is loaded by a load whose value lies on the linear portion of this dependence, the level of its relative microdistortion is determined, and the critical self-heating temperature of the latter is determined from the relation mt r,. ., T1) (ti) + - 4th critical temperature of self-heating of the test sample; Ti, Ta - critical temperatures of self-heating of reference samples, FM1, m2 - levels of relative microdistortion of reference samples, ЈM4 level of relative microdistortion of the test sample 1 tabl, 2 Il & Yo

Description

Изобретение относитс  к испытани м материалов, в частности к определению усталости стальных изделий по температуре саморазогрева.The invention relates to the testing of materials, in particular to the determination of the fatigue of steel products by the self-heating temperature.

Известен способ испытани  материалов на усталость, в котором измер ют температуру саморазогрева стальных образцов в процессе их циклического нагружени .A known method of testing materials for fatigue, in which the temperature of self-heating of steel samples is measured during their cyclic loading.

Известен способ испытани  материалов на усталость, который включает циклическое нагружение эталонного образца при периодически увеличивающихс  нагрузках и его разрушение при заданном уровне напр жений , регистрацию при саморазогреве образца изменени  его температуры и критического ее значени  в момент разрушени . Температуру саморазогреваA known method of testing materials for fatigue, which includes cyclic loading of a reference sample under periodically increasing loads and its destruction at a given level of stress, recording during the self-heating of a sample a change in its temperature and its critical value at the time of destruction. Self-heating temperature

определ ют в момент разрушени  дл  эталонного образца, а циклическое нагружение испытуемого образца провод т при тех же направлени х, что и дл  эталонного образца , регистрируют скорость изменени  его температуры, а критическую температуру саморазогрева определ ют графически из графика нагружени  эталонного образца в координатах температура саморазогрева - количество циклов как величину, равную температуре саморазогрева эталонного образца .determined at the time of destruction for the reference sample, and cyclical loading of the test sample is carried out in the same directions as for the reference sample, record the rate of change of its temperature, and the critical self-heating temperature is determined graphically from the loading graph of the reference sample in the coordinates of the self-heating temperature - the number of cycles as a value equal to the temperature of self-heating of the reference sample.

Известный способ не позвол ет определ ть температуру саморазогрева испытуемого издели  при напр жени х, величина которых отлична от напр жений испытани  эталонного образца Кроме того, невозможThe known method does not allow to determine the temperature of self-heating of the test product at voltages that are different from the test voltages of the reference sample. Moreover, it is impossible

00 0000 00

елate

но определить температуру саморазогрева, котора  имела место в испытуемом изделии в момент его разрушени  непосредственно на разрушенных издели х, так как определение величины температуры саморазогре- ва можно проводить только в процессе магружени .but to determine the temperature of self-heating, which took place in the tested product at the time of its destruction directly on the destroyed products, since the determination of the value of the temperature of self-heating can be carried out only in the process of loading.

Цель изобретени  -упрощение способа путем исключени  необходимости определени  величины температуры саморазогре- ва в процессе нагружени .The purpose of the invention is to simplify the process by eliminating the need to determine the value of the self-heating temperature during the loading process.

Цель достигаетс  тем, что в способе, включающем нагружение эталонного и испытуемого образцов до разрушени  путем приложени  циклической возрастающей нагрузки, определение критических температур их-саморазогрева, с учетом которых суд т об усталости, аналогично основному нагружают дополнительный эталонный образец , определ ют зависимости уровней от- носительных микроискажений эталонных образцов от изменени  нагрузок, нагружение испытуемого образца осуществл ют нагрузкой , величина которой лежит на линейном участке указанной зависимости, определ ют уровень его относительных микроискажений, а критическую температуру саморазогрева последнего определ ют из соотношени The goal is achieved by the fact that, in the method involving loading the reference and test specimens before destruction by applying a cyclic increasing load, determining the critical temperatures of their self-heating, taking into account the fatigue trial, similarly to the main load, an additional reference sample carrying out microdistortions of reference samples from changing loads, the loading of the test specimen is carried out by a load, the value of which lies in the linear portion of the indicated Bridges, determining its level relative microdistortions a self-heating critical temperature of the latter was determined from the ratio

г/-Јми Јмк Д2-Тк ,,   g / -Јmi Јmk D2-Tk ,,

30thirty

TiTi

ем eat

где Тхи - критическа  температура саморазогрева испытуемого образца;where Thi is the critical temperature for self-heating of the test sample;

Ti и Т2 - критические температуры саморазогрева эталонных образцов;Ti and T2 are critical temperatures for self-heating of reference samples;

SMI и Јм2 уровни относительных микроискажений эталонных образцов;SMI and Јm2 relative microdistortion levels of reference samples;

Јми уровень относительных микроискажений испытуемого образца. The level of relative microdistortion of the test sample.

На фиг.1 представлены графики зависимости изменени  относительного уровн  микроискажени  материала образцов, измеренные на поверхности излома, от величины разрушающих напр жений в координатах Јм - сга (где ем- относительный уровень микроискажений на поверхностиизломаобразцов ,Figure 1 shows the graphs of the change in the relative level of microdestruction of the sample material, measured on the surface of the fracture, as a function of the magnitude of the destructive stresses in the coordinates m — sg (where is the relative level of microdistortion on the surface of the sample

Ј° исходный уро-    Ј ° initial level

вень микроискажений дл  материала образцов , уровень микроискажени  на поверхности из лома,аа- разрушающие внешние циклические напр жени , ф- крайние значени  интервала изменени  циклических нагрузок, в котором относительный уровень микроискажени  на поверхности излома Гм линейно пропорционален разрушающим напр жени м,EMI, Ем2 относительный уровень микроискажени  на поthe amount of microdistortion for the sample material, the level of microdistortion on the surface of scrap, aa destructive external cyclic stresses, f - extreme values of the cyclic load change interval, in which the relative level of microdistortion on the fracture surface Hm is linearly proportional to the breaking stresses, EMI, Em2 relative microdiscrease level

0 0

5 0 5 5 0 5

00

5five

00

5 five

00

5 five

верхности излома эталонных образцов, разрушенных при напр жени х 02 соответственно ); на фиг.2 - графики зависимости критической температуры саморазогрева Тки эталонных образцов от величины разрушающих напр жений Оз и относительного уровн  микроискажений на поверхности излома Јм в координатах Тк - аа и Т -Јм (где Ti и Та - критическа  температура саморазогрева эталонных образцов, разрушенных при напр жени х «л, &i соответственно. - критическа  температура саморазогрева издели , еми - относительный уровень микроискажений на поверхности издели ).fracture surfaces of reference samples destroyed at stresses x02, respectively); Fig. 2 shows graphs of the dependence of the critical temperature of self-heating of Tkk of reference samples on the magnitude of destructive stresses Oz and the relative level of microdistortion on the fracture surface M in coordinates of Tk - aa and T-m (where Ti and Ta are critical temperature of self-heating of reference samples destroyed at voltage x "l, & i, respectively. - the critical temperature of the self-heating of the product, emi - the relative level of micro-distortion on the surface of the product).

Предлагаемый способ испытани  материала ъа усталость основан на том, что при циклическом нагружении в материале накапливаетс  усталостна  повреждаемость, локализаци  которой в микрообьемах кристаллической решетки при саморазогреве издели  при усталости сопровождаетс  изменением относительного уровн  микроискажений . Относительный уровень микроискажений, формирующийс  на поверхности излома разрушенных при усталости образцов, зависит от критической температуры саморазогрева и определ етс  физико-механическими свойствами мате- риала и величиной разрушающих циклических нагрузок. При нагрузках 0а, незначительно превышающих предел выносливости {высока  долговечность), относительный уровень микроискажений практически не зависит от сга (Јм const) и поэтому в этих услови х контролируемый параметр ем не может быть использован в качестве оценки критической температуры саморазогрева, С повышением разрушающих напр жений относительный уровень микроискажений на поверхности излома монотонно измен етс . Причем в зависимости от свойств нагружаемого материалаThe proposed method of testing material fatigue is based on the fact that during cyclic loading fatigue damage accumulates in the material, the localization of which in the microvolumes of the crystal lattice during self-heating of the product during fatigue is accompanied by a change in the relative level of microdistortion. The relative level of microdistortion, which is formed on the fracture surface of the specimens destroyed by fatigue, depends on the critical self-heating temperature and is determined by the physicomechanical properties of the material and the magnitude of the destructive cyclic loads. With a load of 0a, slightly exceeding the endurance limit (high durability), the relative level of microdistortion practically does not depend on σ (Јm const) and therefore, under these conditions, the controlled parameter cannot be used as an estimate of the critical temperature of self-heating, With an increase in destructive stresses the relative level of microdistortion on the surface of the fracture varies monotonically. And depending on the properties of the loaded material

ft Fft F

производна  --Ј может быть больше илиderivative --Ј may be greater or

dOadOa

меньше нул . При этом на кривой зависимости ем - Фа) всегда можно найти интервал изменени  внешних разрушаемых нагрузок (7i Оа ОД), в котором относительный уровень микроискажений, измеренный на поверхности излома разрушенных образцов, измен етс  линейно-пропорционально с ростом разрушающих напр жений (фиг.1). Установлено, что в этом же интервале изменени  циклических нагрузок температура саморазогрева стального издели  при усталости пропорциональна разрушающим напр жени м (фиг.2). Тогда, если провести испытание эталонных образцов при внешних напр жени х а ог иопределитькритические температуры Ti и Т2 их саморазогрева при усталостном разрушении, то можно найти критическую температуру саморазог- реоа при усталости испытуемого издели  при любом значении циклического напр - жени   в интервале ff... Ог после разруше- ни  издели  на основании данных по измерению относительного уровн  микроискажений на поверхности эталонов См1, Јм2 и испытуемого издели  сми из соотношени less than zero. At the same time, the em-Fa curve can always find the interval of change of external destructible loads (7i Оа ОД), in which the relative level of microdistortions measured on the fracture surface of the destroyed specimens changes linearly with increasing destructive stresses (Fig. ). It has been found that in the same range of variation of cyclic loads, the temperature of self-heating of a steel product during fatigue is proportional to the destructive stresses (Fig. 2). Then, if we test the reference samples at external stresses and determine the critical temperatures Ti and T2 of their self-heating during fatigue failure, then we can find the critical temperature of the self-heating at fatigue of the tested product at any value of cyclic voltage in the interval ff ... Og after the destruction of the product on the basis of the data on the measurement of the relative level of microdistortions on the surface of the standards S1, S2 and the test product by means of the ratio

ТкиТ1 Ми М1ТкиТ1 Ми М1

Т2 - TI ЕМ2 - Гм1 T2 - TI EM2 - Gm1

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

Из исследуемого материала изготавливают эталонные образцы дл  определени  исходного уровн  микроискажений и дл  ус- талостных испытаний по заданной схеме нагружени , которую выбирают с учетом схемы работы издели . Циклическое нагру жение эталонных образцов провод т при последовательно возрастающих нагрузках до разрушени  На поверхности излома разрушенных эталонных образцов определ ют относительный уровень микроискажений Јм. Стро т график зависимости Јм f ((/а) и наход т максимальный интервал изменени  (v..ai , в котором относи- тельный уровень микроискажений на поверхности излома линейно пропорционален разрушающим напр жени м. Затем дл  двух эталонных образцов провод т циклическое нагружение при нагрузках а, ог и определ ют критические температуры их саморазогрева Ti. T2 в месте усталостного разрушени . Затем провод т циклическое нагружение до разрушени  испытуемого издели  при любой нагрузке, лежащей в интервале о 01. регистрируют на поверхности излома относительный уровень микроискажений рми и определ ют критическую температуру саморазогрева при усталостиReference samples are made from the material under study to determine the initial level of microdistortions and for fatigue tests according to a given loading scheme, which is chosen taking into account the product operation scheme. Cyclic loading of the reference samples is carried out under successively increasing loads until fracture. On the fracture surface of the destroyed reference samples, the relative level of micro distortions is determined in m. A plot of fm f ((/ a) is plotted and a maximum change interval is found (v..ai, in which the relative level of microdistortion on the fracture surface is linearly proportional to the breaking stress. Then, for two reference samples, cyclic loading is performed loads a, c and determine the critical temperatures of their self-heating Ti. T2 at the place of fatigue failure. Then cyclic loading is carried out until the test product is destroyed at any load lying in the range of about 01. italic level of PMi microdistortion and determine the critical self-heating temperature for fatigue

П p Vi мер Требуетс  провести испытани  на усталость издели , изготовленного из стали 40, подвергнутой гидроэкструзии (относительна  деформаци  Ј - 0,4) и отжигу при 350°С. Схема циклического нагружени  - симметричный изгиб при вращении круглого образца.P p Vi measures Fatigue testing of a product made of steel 40 subjected to hydroextrusion (relative deformation Ј - 0.4) and annealing at 350 ° C is required. The cyclic loading scheme is a symmetrical bend during rotation of a circular specimen.

Из испытуемой стали изготавливают два эталонных образца дл  определени  ис ходного уровн  микроискажений и дл  проведени  усталостных испытаний. Усталостные испытани  эталонных образцов провод т по схеме изгиба с вращением при последовательно возрастающих нагрузках. На разрушенных при заданных напр жени хTwo reference specimens were made of the steel to be tested for determining the initial level of microstrains and for conducting fatigue tests. Fatigue testing of reference samples is carried out according to a bending scheme with rotation under successively increasing loads. On destroyed at given voltages

образцах определ ют уровень микроискажений на поверхности излома и наход т интервал изменени  внешних напр жений, в котором изменение относительного уровн the samples determine the level of microdistortion on the surface of the fracture and find the interval of variation of external stresses, in which the change in the relative level

микроискажений линейно-пропорционально величине разрушающих напр женийmicrodistortion linearly proportional to the magnitude of the destructive stresses

Уровень микроискажений определ ют на поверхности излома локальным рентгено- структурным методом по уширению рентге0 невской линии, использу  гармонический анализ формы рентгеновской линии, как величинуThe level of microdistortions is determined on the fracture surface by a local X-ray structural method based on the broadening of the X-ray Nev line, using harmonic analysis of the X-ray line shape, as

f, .«f,. "

In ANIn AN

U U

5 где dhke - межплоскостное рассто ние: i2 tg 05 where dhke - interplanar distance: i2 tg 0

Un -. ,.Ј -- uhKe ,Un -. , .Ј - uhKe,

Д(20)РадD (20) Glad

где а- брегговскии угол отражени  плоскости (hke),where is the Bragg angle of reflection of the plane (hke),

0 n - кратность отражени ;0 n is the reflection ratio;

AN - коэффициент Фурье, ответственный за микроискажени .AN is the Fourier coefficient responsible for microdistortion.

Рентгеноструктурный анализ провод т на дифрактометре в излучении Иссле5 дуют дифракционные максимумы от плоско- стей (110) и (220) a -Fe Обработку результатов провод т на ЭВМ. X-ray diffraction analysis was performed on a diffractometer in radiation. The diffraction maxima of the (110) and (220) a -Fe planes were observed. The results were processed on a computer.

В таблице приведены результаты измерени  относительного уровн  микроискаже0 ний на поверхности излома в зависимости от величины разрушающих напр жений дл  образцов, изготовленных из стали 40 (е 0,4), после отжига при различных температурахThe table shows the results of measuring the relative level of microdistortion on the fracture surface depending on the magnitude of the destructive stresses for samples made of steel 40 (e 0.4) after annealing at various temperatures.

5 Дл  эталонных образцов устанавливают интервал изменени  разрушающих напр жений (71 0а О2, в котором относительный уровень микроискажений линейно пропорционален величине разрушающих нагрузок 7а.5 For reference samples, an interval of change of destructive stresses is set (71 ° O2), in which the relative level of microstrains is linearly proportional to the value of destructive loads 7a.

0 Затем проводит усталостные испытани  двух эталонных образцов: первого при циклическом напр жении о, второго - при 02. Так, дл  образцов, изготовленных из гидро экструдированной и отложенной при 350° С0 Then conducts fatigue tests of two reference samples: the first at cyclic stress o, the second at 02. So, for samples made from hydro extruded and deferred at 350 ° C

5 стали 40, первый эталонный образец нагружают при 380+5 МПа, второй - при О2 410+5 МПа. В процессе циклического нагружени  эталонных образцов измер ют критическую температуру саморазогрева Тк в5 steel 40, the first reference sample is loaded at 380 + 5 MPa, the second - at O2 410 + 5 MPa. In the process of cyclic loading of reference samples, the critical temperature of self-heating of Tc is measured in

0 момент усталостного разрушени . Устанавливают , что дл  эталонных образцов, разрушенных при CTi 380+5 МПа, критическа  температура Ti 390+10 К. дл  эталонного образца, разрушенного при oi 410+5 МПа,0 moment of fatigue failure. It is stated that for reference samples destroyed at CTi 380 + 5 MPa, the critical temperature is Ti 390 + 10 K. for a reference sample destroyed at oi 410 + 5 MPa,

5 Т2 740+10 К. Разрушающие напр жени  дл  испытуемого издели  устанавливают в интервале 375...415 МПа. На поверхности излома испытуемого издели  определ ют относительный уровень микроискажений5 T2 740 + 10 K. The breaking stress for the tested product is set in the range of 375 ... 415 MPa. The relative level of microdistortions is determined on the fracture surface of the tested product.

ЕМИ. Тек, если Сми- 0,15, то из формулы (1) наход т, что критическа  температура саморазогрева издели  Тки- 535 К.EMI. Tek, if SMI is 0.15, then from formula (1) it is found that the critical temperature for self-heating of the item Tki is 535 K.

Относительную погрешность измерени  критической температуры саморазогрева рассчитывают по формулеThe relative error in measuring the critical self-heating temperature is calculated by the formula

ЛТК шДТ1(См2-Јм1)LTK SHDT1 (Sm2-Јm1)

ТГ и - Tl) + 5м2 Tl - CMI Т2TG and - Tl) + 5m2 Tl - CMI T2

(2)(2)

где ATi - ± 10К,См2 -0,2.Јм1 - 0,4.ЈМИ 0.15, Т2 - 740 К, Ti - 390 К.where ATi is ± 10K, Cm2-0.2. Јm1 - 0.4.Ј MI 0.15, T2 - 740 K, Ti - 390 K.

Подставив значени  измеренных величин в формулу (2), наход т, что относите л на  погрешность -j 0.06.Substituting the values of the measured values into formula (2), we find that we relate to the error -j 0.06.

Таким образом, критическа  температура самораэогрева при усталостных испытани х испытуемого издели  при нагрузках 375...415 МПа 582,..503 К,Thus, the critical temperature of self-heating during fatigue tests of the test product under loads of 375 ... 415 MPa 582, .. 503 K,

Предлагаемый способ испытани  материалов на усталость по сравнению с известным имеет следующие преимущества: не требуетс  проводить измерение скорости изменени  температуры саморазогрева испытуемого издели , нет необходимости определ ть точное значение разрушающего напр жени . Достаточно установить интервал , в котором находитс  значение максимальной амплитуды циклического напр жени , воздействующего на изделие: и по вл етс  возможность определени  критической температуры самораэогрева при усталости после разрушени  издели .The proposed method of testing materials for fatigue compared with the known one has the following advantages: it is not necessary to measure the rate of change of the temperature of self-heating of the test product, it is not necessary to determine the exact value of the destructive voltage. It is sufficient to establish the interval in which the value of the maximum amplitude of the cyclic voltage acting on the product is found: and it becomes possible to determine the critical temperature of self-heating during fatigue after the destruction of the product.

00

5five

00

5five

00

Claims (1)

Формула изобретен и   Способ испытани  материалов на усталость , заключающийс  в том, что нагружают эталонный и испытуемый образцы до разрушени  путем приложени  к ним циклической возрастающей нагрузки и определ ют критические температуры их саморазогрева , с учетом которых суд т об усталости, о т личающийс  тем, что, с целью упрощени  путем исключени  необходимости определени  величин температур само- разогрева в процессе нагружени , аналогично основному нагружают дополнительный эталонный образец, определ ют зависимость уровней относительных микроискажений эталонных образцов от изменени  нагрузок, нагружение испытуемого образца осуществл ют нагрузкой, величина которой лежит на линейном участке указанной зависимости, определ ют уровень его относительных микроискажений, а критическую температуру саморазогрева определ ют из следующего соотношени The formula was invented and the Method of testing materials for fatigue, which consists in loading the reference and test specimens before destruction by applying to them a cyclic increasing load and determining the critical temperatures of their self-heating, taking into account that fatigue is judged by the fact that , in order to simplify it by eliminating the need to determine the values of self-heating temperatures during the loading process, similarly to the main one, an additional reference sample is loaded, the dependence of levels on ositelnyh microdistortions reference samples of varying loads, test sample loading is carried out load, the magnitude of which lies on the linear part of this dependence was determined by the level of its relative microdistortions a critical temperature of self-heating is determined in the following proportions .Јми Јм1л Да - Ti, Ем2 - ЈMIJ.Јmi Јm1l Yes - Ti, Em2 - ЈMIJ где Тк„ - критическа  температура саморазогрева испытуемого образца;where Tk is the critical temperature for self-heating of the test sample; Ti, T2 - критические температуры саморазогрева эталонных образцов;Ti, T2 - critical temperatures of self-heating of reference samples; EMI, - уровни относительных микроискажений эталонных образцов;EMI, - relative microdistortion levels of reference samples; Јми уровень относительных микроискажений испытуемого образцаУровень my relative microdistortion level of the test sample ,С(Ьг)(тГ1) + 1., C (Lg) (tG1) + 1. ез отжигаwithout annealing 5050 295 305 315 325 335 295 305 315 325 335 320 330 340 350 360320 330 340 350 360 0,1 0,1 0,1 0,2 0,3 0,50.1 0.1 0.1 0.2 0.3 0.5 0,9 0,9 1,00.9 0.9 1.0 Ь1 1,3B1 1,3 5050 5050 370 380 390 00 ПО 420370 380 390 00 software 420 290 300 310 320 330290 300 310 320 330 о,about, 0,40.4 0,2 О0.2 o -0,2 -0,5-0,2 -0,5 0,20.2 0,20.2 О, 0,6Oh, 0.6 1,01.0