Способ определения максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении

 

Изобретение относится к исследованию механических свойств металлов, в частности , к способам определения максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении. Цель изобретения - повышение производительности процесса за счет уменьшения длительности испытаний. Указанная цель достигается тем, что для экспериментов используют только один образец, на поверхность которого последовательно наносятся возрастающие по размеру отпечатки индентора твердости Виккерса и который после нанесения очередного отпечатка подвергается циклическому нагружению с амплитудой напряжения, равной пределу выносливости в течение количества циклов, соответствующего перегибу кривой усталости . Размер максимально допустимого фекта определяется по формуле: VpK Рр Ig Np/lgNn. где Fp - площадь проекции дефекта, при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжений, Np - число циклов до разрушения, Nn - число циклов до достижения перегиба кривой усталости металла без дефекта. эгр деVFC

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю 6 01 N 3/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4845772/28 (22) 02,07.90 (46) 28.02.93. Бюл. N. 8 (71) Производственное объединение "Уралмаш" (72) П.П,Карпов и В.В.Яковлев (56) М rakarnl Y., Endo М, Quantitative ечаЬа0оп of fatigue strength of metals

containing various зеаН defects of cracks.

1983, 17, N. 1, р.1 — 15, ВЦП, Москва, М перевода Е-70842. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМОГО РАЗМЕРА МИКРОД Е Ф Е КТА В М ЕТАЛЛАХ ПРИ

ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ (57) Изобретение относится к исследованию механических свойств металлов, в частности, к способам определения максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении, Цель изобретения — повышение производительИзобретение отйосится к области исследования механических свойств металлов, а именно к способам определения предельно допустимых размеров поверхностных микродефектов., не снижающих предел выносливости материала.

Целью предлагаемого нами способа является снижение трудоемкости процесса путем уменьшения длительности испытаний.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе определения предельно допустимого размера поверхностного микродефекта s металлах при циклическом на. гружении; заключающемся в том, что в исследуемом металле увеличивают размеры микродефектов, образец металла с дефек„„. Ж „„1798656 А1 ности процесса за счет уменьшения длительности испытаний. Указанная цель достигается тем, что для экспериментов используют только один образец, на поверхность которого последовательно наносятся возрастающие по размеру отпечатки индентора твердости Виккерса и который после нанесения очередного отпечатка подвергается циклическому нагружению с амплитудой напряжения, равной пределу выносливости в течение количества циклов, соответствующего перегибу кривой усталости. Размер максимально допустимого дефекта определяется по формуле: фр lg йр/1дйл, где Рр — площадь проекции дефекта, при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжений, Nð — число циклов до разрушения, N — число циклов до достижения перегиба кривой усталости металла без дефекта. том циклически нагружают и определяют площадь проекции микродефекта, при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжений и соответствующее ему число циклов нагружения, с учетом которых судят о максимально допустимом размере микродефекта, новым является то, что увеличение размеров микродефектов осуществляют последовательно на одном образце, циклическое нагружение осуществляют после каждого увеличения размера микродефекта при напряжении, равном пределу выносли, вости, числом циклов, соответствующем точке перегиЬа кривой усталости металла беэ дефекта, а размер максимально допустимого микродефекта определяют по следующему соотношению:

1798656,,— F lg й, Рк где Fp — площадь микродефекта, при котором произошло усталостное разрушение, нэ плоСкбсть действия максимальных напряжений, Np.— число циклов до разрушения, Йл — число циклов до достижения перегиба кривой усталости металла без дефекта.

:Новым является также то, что увеличе- 10 ние размеров микродефектов осуществляют с помощью индентора твердости

Виккерса.

Сопоставительный анализ .с прототипом показал, таким образом, что заявляемый способ отличается от известного вышеперечисленными признаками, которые обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию

"Новизна"..: - 20

-Сопоставление предлагаемого технйческого решения не только с прототийом, но и с другими техническими решениями в данной и смежной областях техники показало, что принцип использования при испытани- .25 ях только одного образца с применением. предлагаемых параметров режима испытаний (о= с ; N = Nn), а также формула определения максимально допустимого размера поверхностного микродефекта в металлах 30 при циклическом йагЕ жении ,/Г Ф 1янл к ° никогда ранее в технике не встречались, что .позволяет утверждать о соответствии предложенного решения критерию "Существенные отличия".

В практике усталостных испытаний известно использование поэтапного нагружения одного образца с целью определения предела выносливости, когда ой испытыва- ... ется в течение полной базы испытаний (10 . циклов) после каждого очередного повыше: ния ступенчато-возрастающего напряже- 45 ния, В данном случае роль добавочной нагрузки выполняют искусственные микродефекты, а продолжительность испытания на каждом этапе значительно снижена и равна числу циклов до перегиба по кривой 50 усталости (для сталей обычно 1;..3 миллио. нов циклов). С физической точки зрения такое ограничение обосновано, ибо усталостное разрушение может происходить обычно только в пределах этого периода Nn, а в практическом отношении выгодно в связи со значительным сокращением общей длительности испытаний и уменьшением вероятности нежелательного проявления материалом эффекта "тренировки", Другим существенным отличием заявляемого технического решения является предложенная формула определения максимальноо допустимого размера поверхностного микродефекта, позволяющая установить его размер как промежуточный между размерами предпоследнего и последнего нанесенного дефекта с учетом долговечности образца на заключительном этапе нагружения, Вывод этой формулы основан на приблизительном постоянстве произведения a lg N для разрушаемых образцов одного и того же металла при обычных усталостных испытаниях и аналогии влияния на усталостную долговечность образца действующих напряжений при обычных испытаниях и создаваемых микродефектов в обсуждаемых испытаниях, . что позволяет использовать уравнение типа а1 tg Nn = op Np, где ар и Nn соответственно напряжение и долговечность любого разрушенного образца, а затем для определения искомой величины ф„подобное по смыслу:уравнение V$„1g Nn = ф Nn, где в отличие от предыдущего уравнения вместо напряжения использован размер микродефекта.

Предлагаемый способ определения максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении был реализован следующим образом, Использовались стандартные образцы из стали 12ГНЗМФАДДР и 35Л (по одному на каждый сплав), При помощи твердомера

Виккерса, а также путем вдавливания индентора статической нагрузки на испытательной машине типа ЦД 10/90 на поверхность образцов были нанесены (no одному на каждый) искусственные микродефекты в виде отпечатков индентора твердости со средним размером диагоналей 0,2 мм. Затем каждый образец подвергали знакопеременному изгибу с вращением на машине У6М при напряжении, равном пределу выносливости бездефектного металла в течение числа циклов, соответствующего пределу выносливости. Для образца из стали 12ГНЗМФДААР это соСтавило 400

МПа и 1500000 циклов, для 35Л -220 МПа и

6.

2 10 циклов. После этого испытания прервали, нанесли на образцы аналогичный дефект с размером диагоналей на 0.1 мм больше предыдущего и продолжили испытания при том же режиме нэгружения. Подобным образом наносились следующие дефекты возрастающих размеров и прово1798656

Формула изобретения

В

Составитель И. Нелюбина

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С. Лисина

Редактор.Заказ 766 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 дились нагружения образцов до их усталостного разрушения. Образец стали

12ГНЗМФАДДР разрушился от отпечатка со средним размером диагоналей 0,502 мм после 1080000 циклов, Образец стали 35Л вЂ” 5 от отпечатков со средним значением диагоналей 1,02 мм после 1427000 циклов, Искомая ф„величина определялась с учетом размера VQ последнего отпечатка и числа циклов нагружения Np на заключи- 10 тельном этапе по формуле:, — Ig N

Ig N„

Итак, для первого образца эта величина составила: 15

V0 0288 Ig 1080000

Ig 1500000

0,16 6,037 -0,156(мм)

6,176

Для второго образца: 20 — v0 1 08 Ig 1427000

Ig 2000000

0,324 6,154 — 0 317 (мм)

6,301

Таким образом, преимуществами пред- 25 лагаемого способа перед известными являются:

1. Простота нанесения искусственных ми к родефе кто в.

2. Многократное снижение трудоемко- 30 сти за счет сокращения продолжительности испытаний.

3. Снижение метэллоемкости благодаря использованию всего лишь одного образца для испытаний. .35

Благодаря этому предлагаемое техническое решение может широко применяться в практике испытаний для более обоснованной оценки и выбора конструкци oHHblx материалов на основе устэнавливае- 40. мого при этом критерия.

1. Способ определения максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении, заключающийся в том, что в исследуемом металле увеличивают размеры микродефектов, образец металла с микродефектом циклически нагружают и, определяют площадь проекции микродефекта, при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжейий и соответствующее ему число циклов нагружения, с учетом которых судят о максимально допустимом размере микродефекта, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения трудоемкости путем сникения длительности нагружения, увеличение размеров микродефектов осуществляют последовательно на одном образце, циклическое нагружение осуществляют после каждого увеличения размера микродефекта при напряжении, равном пределу выносливости, числом циклов, соответствующим точке перегиба кривой усталости металла беэ дефекта, а размер FK максимально допустимого микродефекта определяют по следующему соотношению

7 19 19з

Ig N где Fp —. площадь проекции микродефекта, при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжений, Np — число циклов до разрушения, NI — число циклов до достижения перегиба кривой усталости металла без дефекта, 2, Способ по п,1, отличающийся тем, что увеличение размеров микродефектов осуществляют с помощью индентора твердости Виккерса,