SU1753351A1 - Способ испытани материалов на усталость - 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 & Ё

Description

Изобретение относитс  к испытани м материалов, в частности к определению усталости стальных изделий по температуре саморазогрева.

Известен способ испытани  материалов на усталость, в котором измер ют температуру саморазогрева стальных образцов в процессе их циклического нагружени .

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 саморазогрева

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 .

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, невозмож

00 00

ел

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 .

Цель изобретени  -упрощение способа путем исключени  необходимости определени  величины температуры саморазогре- ва в процессе нагружени .

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 

г/-Јми Јмк Д2-Тк ,,

30

Ti

ем

где Тхи - критическа  температура саморазогрева испытуемого образца;

Ti и Т2 - критические температуры саморазогрева эталонных образцов;

SMI и Јм2 уровни относительных микроискажений эталонных образцов;

Јми уровень относительных микроискажений испытуемого образца.

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 ,

Ј° исходный уро-

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 по

0

5 0 5

0

5

0

5

0

5

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 ).

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 материала

ft F

производна  --Ј может быть больше или

dOa

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 

ТкиТ1 Ми М1

Т2 - TI ЕМ2 - Гм1

Способ осуществл ют следующим образом .

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 усталости

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.

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 х

образцах определ ют уровень микроискажений на поверхности излома и наход т интервал изменени  внешних напр жений, в котором изменение относительного уровн 

микроискажений линейно-пропорционально величине разрушающих напр жений

Уровень микроискажений определ ют на поверхности излома локальным рентгено- структурным методом по уширению рентге0 невской линии, использу  гармонический анализ формы рентгеновской линии, как величину

f, .«

In AN

U

5 где dhke - межплоскостное рассто ние: i2 tg 0

Un -. ,.Ј -- uhKe ,

Д(20)Рад

где а- брегговскии угол отражени  плоскости (hke),

0 n - кратность отражени ;

AN - коэффициент Фурье, ответственный за микроискажени .

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.

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 температурах

5 Дл  эталонных образцов устанавливают интервал изменени  разрушающих напр жений (71 0а О2, в котором относительный уровень микроискажений линейно пропорционален величине разрушающих нагрузок 7а.

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° С

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 в

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,

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 микроискажений

ЕМИ. Тек, если Сми- 0,15, то из формулы (1) наход т, что критическа  температура саморазогрева издели  Тки- 535 К.

Относительную погрешность измерени  критической температуры саморазогрева рассчитывают по формуле

ЛТК шДТ1(См2-Јм1)

ТГ и - Tl) + 5м2 Tl - CMI Т2

(2)

где ATi - ± 10К,См2 -0,2.Јм1 - 0,4.ЈМИ 0.15, Т2 - 740 К, Ti - 390 К.

Подставив значени  измеренных величин в формулу (2), наход т, что относите л на  погрешность -j 0.06.

Таким образом, критическа  температура самораэогрева при усталостных испытани х испытуемого издели  при нагрузках 375...415 МПа 582,..503 К,

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 .

0

5

0

5

0

Claims (1)

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 

   .Јми Јм1л Да - Ti, Ем2 - ЈMIJ

   где Тк„ - критическа  температура саморазогрева испытуемого образца;

   Ti, T2 - критические температуры саморазогрева эталонных образцов;

   EMI, - уровни относительных микроискажений эталонных образцов;

   Јми уровень относительных микроискажений испытуемого образца

   ,С(Ьг)(тГ1) + 1.

   ез отжига

   50

   295 305 315 325 335

   320 330 340 350 360

   0,1 0,1 0,1 0,2 0,3 0,5

   0,9 0,9 1,0

   Ь1 1,3

   50

   50

   370 380 390 00 ПО 420

   290 300 310 320 330

   о,

   0,4

   0,2 О

   -0,2 -0,5

   0,2

   0,2

   О, 0,6

   1,0