Способ испытания материалов на усталость

 

Цель изобретения - упрощение способа путем исключения необходимости определения величины температур саморазогрева в процессе нагружения. Способ включает нагружение эталонного образца и испытуемого изделия до разрушения путем приложения к ним циклической возрастающей нагрузки и определение критической температуры их самораэогрева. с учетом которой судят об усталости испытуемого изделия. Аналогично основному нагружают дополнительный эталонный образец, определяю™ зависимости уровней относительных микроискажений эталонных образцов от изменения нагрузок, нагружение испытуемого образца осуществляют нагрузкой, величина которой лежит на линейном участке указанной зависимости, определяют уровень его относительных микроискажений, а критическую температуру саморазогрева последнего определяют из соотношения тт Г, . ., Т1 ) (ti)+ -гдет 4критическая 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5П5 G 01 N 3/32

Е ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4750795/28 (22) 29.08.89 (46) 07.08.92. Бюл. ФФ 29 (71) Производственное объединение "Завод

AM. Малышева" (72) Д.Г.Шерман (56) Авторское свидетельство СССР

М 563597, кл. G 01 N 3/32, 1975. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

НА УСТАЛОСТЬ (57) Цель изобретения — упрощение способа путем исключения необходимости определения величины температур саморазогрева в процессе нагружения, Способ включает нагружение эталонного образца и испытуемого изделия до разрушения путем приложения к ним циклической возрастающей нагрузки и определение критической температуры их саморазогрева, с учетом которой судят об усталости испытуемого изделия;

Аналогично основному нагружают дополниИзобретение относится к испытаниям материалов, в частности к определению усталости стальных изделий по температуре саморазогрева.

Известен. способ испытания материалов на усталость, в котором измеряют температуру саморазогрева стальных образцов в процессе их циклического нагружения..

Известен способ испытания материалов на усталость, который включает циклическое нагружение эталонного образца при периодически увеличивающихся нагрузках и его разрушение при заданном уровне напряжений, регистрацию при саморазогреве образца изменения его температуры и критического ее значения в момент разрушения, Температуру саморазогрева, 5U» l753351 А1 тельный эталонный образец, определяюти зависимости уровней относительных микроискажений эталонных образцов от изменения нагрузок, нагружение испытуемого образца осуществляют нагрузкой, величина которой лежит на линейном участке указанной зависимости. определяют уровень его относительных микройскажений, а критическую температуру саморазогрева последнего определяют из соотношения т,4 1((g ) (2T 1) + ),гдеТк4—

Ем 2 Ем1 Т1 критическая температура саморазогрева испытуемого образца; Т1, Tz — критические температуры самораэогрева эталонных обРаЗЦОВ; Гм1, ам — УРОВНИ ОтНОСИтЕЛЬНЫХ микроискажений эталонных образцов; EM4— уровень относительных микроискажений испытуемого образца. 1 табл„2 ил. определяют в момент разрушения для эталонного образца, а циклическое нагружение испытуемого образца проводят при тех же направлениях, что и для эталонного образца, регистрируют скорость изменения его температуры, а критическую температуру саморазогрева определяют графически из графика нагружения эталонного образца в координатах "температура саморазогрева— количество циклов" как величину, равную температуре саморазогрева эталонного образца.

Известный способ не позволяет определять температуру саморазогрева испытуемого изделия при напряжениях, величина которых отлична от напряжений испытания эталонного образца, Кроме того, невозмож1753351

10 пытуемого образцов до разрушения путем приложения циклической возрастающей 15 нагрузки, определение критических темпенагружают дополнительный эталонйый образец, определяют завйсймост!! уровней от- 20 носительных микроискажений эталоййых :: иэ соотношения где Т»„— критическая температура самора зогрева испытуемого образца;

Т1 и Т вЂ” критические температуры саморазогрева эталонных образцов;

8м1 и ем2 — уровни относительных микроискажений эталонных образцов; ем„ вЂ” уровень относительных микро-. искажений испытуемого образца. 40

На фиг 1 представлены графики зависиЕм, Ceo> — исходный уро50 вень м!1кроискажений для материала образ- но определить температуру саморазогрева, которая имела место в испытуемом изделии в момент его разрушения непосредственно íа разрушенных йэделйях; так как определение величинйтемпературы саморазогрева можно проводить только в процессе Harpóàåíèÿ, Цель изобретения -упрощение способа путем исключения необходимости определения величины температуры саморазогрева в процессе нагружения.

Цель достигается тем, что в способе, включающем нагружение эталонного и исратур их саморазогрева, с учетом которых судят об усталости, аналогично ос!!овйому образцов от изменения нагрузок; нагружение испытуемого образца осуществля!от нагруэкой, величина которой лежит на линейном участке указанной зависимости, определяют уровень его относительных микроискажений, а критическую температуру саморазогрева последнего определяют мости изменения относительного уровня микроискажения материала образцов, измеренные на поверхности излома, от величины разрушающих напряжений в

КООРДИНатаХ гм — «Ta (ГДЕ гм- ОтНОСИтЕЛЬный уровень микроискажений íà поверхности излома образцов, цов,<å!!>- уровень микроискажения на поверхности излома,о>- разрушающие . внешние циклические напряжения,о!, цгкрайние значения интервала изменения . циклических нагрузок, в котором относительчый уровень микроискажения на поверхности излома гм линейно пропорционален разрушающим н !пряжениям,а>, f,а-относительный уровень микроискажения на поверхности излома эталонных образцов, разрушенных при напряжениях о!, « соответственно); на фиг,2 — графики зависимости критической температуры саморазогрева

5 Т»и эталонных образцов от величины разрушающих напряжений 0з и относительного уровня микроискажений на поверхйости излома ем в координатах Тк — о, и Т» -e> >(где

Ti u Tz — критическая температура саморазогрева эталонных образцов, разрушенных при напряжейиях oi, с соответственно,Тки — крйтическая температура самаразогрева иэделия, 8M< — относительный уровень микроискажений на поверхности изделия).

Предлагаемый способ испытания мате риала на усталость основан на том, что при циклическом нагружейии в материале накапливается усталостная повреждвемость, локализация которой" в микрообьемах кристаллической решетки при саморазогреве, ИЗДЕлия пРи уб1,Ьлости сопровождается из.менением относительного уровня микроискажений. Относительный уровень микроискажений, формирующийся на по5 верхности излома разрушенных"ггри усталости образцов, зависит от критической температуры саморазогрева и определяется физико-механическими свойствами материала " и величйной разрушающих циклических нагрузок. При нагрузках «r, незначительно превышающих предел выносливости (высокая долговечность), относительный уровень микроискажений практически не зависит от «г, (ем= const) и поэтому в этих условиях контролируемый параметр гм не может быть использован в качестве оценки крйтической температуры саморазогрева, С повышением разрушающих напряжений относительный уровень микроискажений на поверхности излома монотонно изменяется, Причем в зависимости от свойств нагружаемого материала производная . может быть больше или

«« м

dna меньше нуля. При этом на кривой зависимости e>< = f(o ) всегда можно найти интервал изменения внешних разрушаемых нагрузок («г1 oa 02). В котором относительный уро вень микроискажений, измеренный на поверхности излома разрушенных образцов, изменяется линейно-пропорционально с ростом разрушающих напряжений (фиг.1).

Установлено, что в этом же интервале изме55 нения циклических нагрузок температура саморазогрева стального изделия при усталости пропорциональна разрушающим напряжениям (фиг.2). Тогда. если провести испытание эталонных образцов при внешних напряжениях о!. о2 и on ределить крити6

1753351 образцах определяют уровень микроискажений на поверхности излома и находят интервал изменения внешних напряжений, в ческие температуры Т1 и Т2 их самораэогрева при усталостном разрушении, то можно найти критическую температуру саморазогрева при усталости испытуемого изделия котором изменение относительного уровня при любом значении циклического напря- 5 микроискажений линейно-пропорциональженияя в интервале о ... о2 после разрушв- но величине разрушающих напряжений, ния иэделия на основании данных по :: уровеньмикроискаженийопределяютна измерению относительного уровня микро- поверхности излома локальным рентгеноискажений на поверхности эталонов: структурным методом по уширению рентгеЕ», E„ И ИСПЫтуЕМОгО иэделИЯ Е» éa соот- 10 новской линии, используя гармонический анализ формы рентгеновской линии, как веТ, — Т1 е — EM>

Г2 Т1 F<2 EM I (Е) — "е 1/ д „° д2 и ы

Способ осуществляют следующим об15 где dhl e — межплоскоСтное расстояние: разом..: -:.:::..:- 2 щ О

Из исследуемого матерйала изготавли- Ln— вают эталонйые образцы для определения -: -- . ЛЩРад исходногоуровня микроискаженийидляус- где 0- брегговскии Угол отражени плос оталостных испытаний по заданной схеме нагружения, которую выбирают с учетом " кратност" отражениЯ .. и — к атность от ажения; схемы работы изделия. Циклическое нагру- " AN кKоoэaф ф и"Ц и"еeнHт T ФУРье. ответственжение эталонных образцов проводят при ный за микРоискажвниЯ. последовательйо возрастающих нагрузках РентгеностРуктУ6ный анализ проводят до разрушения, На поверхности излома на дифрактометре в KgFe излучений, ИсслеРазрушенных эталонных образцов опреде- дуют дифРакционные максимумы От плос о25 кляют относительный уровень микроискаже- cTGA (110) ", (220) .cl .Fe 06Pa60TK ний EM Строят график зависим0сти Результатов проводят на ЭВМ. я — 1 д наход максимальный интер- В таблице пРиведены Результаты измевал изменения о1...0, в котором относирения относительного уровня микройскажений на поверхности излома в зависимости тельный уровень микроискажений на от величины разрушающих напряжений для повеРхностииз омалинейно РопоРцйона- образцов, изготовленных из стали 40 (t=лен разрушающим напряжениям, Затемдля двух эталонных образцов проводят цикли 0,4), после отжига при различных температурах. ческое нагружение при нагрузках (J1; о2 и

Для эталонных образцов устанавливают интервал изменения разрушающих напряжеразрушения, Затем проводят циклическое, . уровень микроискажений линейно пропорцинагружение до разрушения испытуемого изонален величине разрушающих нагрузок о,. делия при любой нагрузке, лежащей в ин-

Затем проводит усталостные испытания тервале оь ..д, регистрируют на двух эталонных образцов: первого при циклическом напряжении о1, второго — при о2;

Так, для образцов, изготовленных из гидровень микроискажений E „è определяют критическую температуру саморазогревй : экструдированной и отложенной при 350О C пРи Уст1лости, -: 45 стали 40 первый эталонный образец нагру

П Р и м е Р. ТРебУетсЯ пРовести испыта- . жают при iт1 380+5 МПа еТороА при = йиЯ на Усталость изделиЯ, изготовленнОгО 410+5 МПа. В процессе циклического нагруиз стали 40, подвергнутой гидроэкструзии .жения эталонных образцов измеряют кри(о™осительнаЯ ДефоРмаЦиЯ E=0,4) и отжигУ тическую температуру саморазогрева Тк в о при 350 С. СхеМа циклического нагружения 50 момент усталостного разрушенйя. устанав— симметричнь и изгиб пРИ вРащении кРУг- . ливают,чтодляэталонныхобразцов,разрулого обРазца. .::,—::: . шенййх при гг = 380+5 МПа, критическая

Из испытУемой стали изготавлива|от TGMflepaT1rpa Т1 = 390+10 К, для эталонного два эталонны обРазца длЯ определениЯ иС- образца, разрушенного при о = 410+5 МПа, ходного УровнЯ микРоискажений идлЯпРОве- 55 Т 740+10 К. разрушающие напряжения дения Усталостных ис ы аний. Усталостные as испытуембго изделйя устанавливают в испытаниЯ эталонных обРазцов ПРОВОД т ПО интервале 375...415 Мпа. На поверхности схеме изгиба с врэщением при последова- излома испытуемого изделия определяют тельно возрастающих нагРУэках На РаЗРУ- Относительный уровень микроискажений шенных при заданных напряжениях

1753351

««» ее ее» «ее В е «

Температура G отжига, С веЕ«ееее ° »в»»«е» е в» в»Е в

ВеееееЕ еее««ее» еев»

Температу- (, ИПа ра отжига, о

0,4

0,4

0,2 .

-0,2

-0,5

° в»ее«вве»«ее» вее»

350 400

420

Беэ отжига 295

345

0,1

0,1

0 1

0,2

0 3

0 5

300 310.

330

250

450

360

0,9

0,9

1,0

1,1

1 3

0,2

0,2

0,4

0,6

1,0

° е«««ввв»ее»ее«в»ее«е в«»ее ее»в«»»«»в» в»«вв»в ,!

° е ° ее в ем„. Так, если кми. 0,15, то иэ формулы (1) находят, что критическая температура саморазогрева иэделия Т» 535 K.

Относительную погрешность измерения критической температуры саморазогрева рассчитывают по формуле

ЬТк Т (@> -@>) Тк 7 : г (2)

"г е AT> = и 10К,Вцр -0,2,8м - 0.4хми 0.15, Т 740 К, Т1 390 K.

Подставив значения измеренных величин в формулу (2), находят, что относительЬТк нвя погрешность - — - 0,06.

Таким образом, критическая температура самораэогрева гтри усталостных испытаниях испытуемого иэделия при нагрузках

375...415 МПа 582...503 К.

Предлагаемый способ испытания материалов ма усталость по сравнению с извест-ным имеет следующие преимущества: не требуйся йроводить измерение скорости изменения температуры саморазогрева испытуемого изделия, мет необходимости определять точное значение разрушающего напряжения. Достаточмо установить интервал, в котором находится значение максимальной амплитуды циклического напряжения, воздействующего на изделие; и появляется возможность определения критической температуры самораэогрева при усталости после разрушения изделия, Формула изобретения

Способ испытания материалов на усталость, заключающийся в том, что нагружают эталонный и испытуемый образцы до разру5 шения путем приложения к ним цикличе-. ской возрастающей нагрузки и определяют критические температуры их саморазогрева, с учетом которых судят об усталости, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью

10 упрощения путем исключения необходимости определения величин температур саморазогрева в процессе нагружен ия, аналогично основному нагружают дополни;. тельный эталонный образец, определяют

15 зависимость уровней относительных микройскажений эталонных образцов от измене-. ния нагрузок, нагружение испытуемого образца осуществляют нагрузкой; величина . которой лежит на линейном участке указан20 ной зависимостй, определяют уровень его относительных микроискажений, а критическую температуру самораэогрева on ределяют иэ следующего соотношения где Т»„- критическая температура саморазогрева испытуемого образца;

Т1, Тг — критические температуры саморазогрева эталонных образцов; ем, ем2- уровни относительных микроискажений эталонных образцов:

Е „- уровень относительных микро-., искажений испытуемого образца.

1753351, rid, @uzZ

Редактор В,Данко

Заказ 2763 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям ври ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101 т

Составитель Д. Шерман

Техред М.Моргентал Корректор H.Êåàåëÿ