Способ торможения роста усталостных трещин

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Э ЮЮИ

РЕСПУБЛИК

З(5п С 219 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21! 3456383/22-02 (22! 07.05.82 (46! 30.01.84. Бюл. Р 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (72! В. И. Витвицкий, В. И. Ткачев и К. Б. Кацов (71! Специальное конструкторско-технологическое бюро Физико-механического института им. Г. В. Карпенко (53! 621.789 (088 ° 8! (56! 1. Патент США Р 3110086, кл. 29-155, опублик. 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

В 456003, кл. С 21 D 7/02, 1971 °..SU„„i А, (54 !(57 1, СПОСОБ ТОРИОЖЕНИЯ РОСТА

УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН в изделии, включакв ий создание области локальных пластических деформаций у ее вершины, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности, область локальной пластической деформации создают путем циклического нагружения изгибом изделия в среде водорода, а после деформации иэделия обезводороживают.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а. ю шийся тем, что Обезводороживание производят при 100-150 С в течение 30-60 мин.

1070185

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к технологии упрочняющей обработки металла пластическим деформированием в холодном состоянии, а именно к способам задержки развития и роста усталостных трещин в деталях.

Известен способ задержки роста усталостных трещин в деталях, заключающийся в сверлении блокирующих отверстий вблизи вершины сквозной 10 усталостной трещины с последующей выштамповкой кольцевых канавок вокруг этого отверстия 31j.

Однако способ неэффективен в случае наличия несквоэных поверхно- 15 стных трещин в толстолистовых конструкциях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ, за- 20 ключающийся в том, что на пути роста трещины перед ее вершиной осуществляют локальную пластическую деформацию вдавливанием шарика в направлении, перпендикулярном плоскости листа, с последующей,засверловкой отверстия у вершины трещины в зоне пластической деформации f2).

Однако применение известного способа связано с нарушением целостности изделия, что недопустимо для ответственных конструкций. Кроме того, известный способ не позволяет тормозить несквозные трещины, расположенные параллельно поверхности, либо внутренние, не имеющие выхода на поверхность, снижающие долговечность изделий.

Цель изобретения — повышение долговечности изделий.

Поставленная цель достигается тем,40 что согласно способу торможения ро.ста усталостных трещин в изделии, включающему создание области локальных пластических деформаций у ее вершины, область локальной пластичес-45 кой деформации создают путем цикли ческого нагружения изгибом изделия в среде водорода, а после деформации иэделие обезводороживают.

При этом обезводороживание произ- 50 водят при 100-150 С в течение 30

60 ми н. !

Согласно предлагаемому способу стальное иэделие с трещиной подвергают циклическому деформированию в 55 присутствии водорода в режиме нагружения, обеспечивающего получение в вершине трещины порогового значения коэффициента интенсивности напряжений (К tg ) для данного материала в во р дороде, что приводит к ветвлению вершины трещины.

Используется свойство водорода понижать в сравнении с воздухом пороговый коэффициент интенсивности напряжений (фактор напряжения, при котором трещина страгивается с места)

К 1> и при этом, характерном только для водорода, йониженном значении

К способствовать микроветвлению, созданию локальных пластических деформаций и затуплению вершины трещины.

Последующее обезводороживание изделия способствует достижению высокого уровня сопротивляемости материала росту трещины. Это обусловлено тем, что после удаления водорода материал восстанавливает уровень сопротивляемости росту трещины, характерный для воздуха (этот уровень является более высоким, чем при нагружении в водороде ).

Доставка водорода в вершину трещины может осуществляться любым способом, например, из электролита, газа и т.д.

Пример 1. Образец из стали

40Х размерами 10х20х100 мм с выведенной трещиной длиной 5 мм, предварительно закаленный при 8400 С в масле и отпущенный при 300 С, циклически деформируют трехточечным изгибом, при заданной амплитуде усилия

P = 750 кг на воздухе с частотой

0,2 п/мин. 3а 200 циклов трещина проходит путь в 1,73 мм. Затем нагрузки снижают до P = 400 кг, с одновременным наводороживанием образца из газовой атмосферы и циклически деформируют при тех же частоте и схеме нагружения еще 200 циклов.

Затем удаленный из атмосферы водорода образец нагревают до 150ОС, выдерживают при этой температуре в течение 40 мин и снова подвергают циклическому нагружению на воздухе трехточечным изгибом при заданной амплитуде усилия P = 750 кг и частоте 0,2 мм/цикл 200 циклов. При этом трещина проходит путь 0,29 мм.

Паралелльно проведенный эксперимент на контрольном образце по описанному способу, но без доставки водорода к вершине трещины показал,что скорость роста трещины не изменилась.

Пример 2. На образцах из стали 40Х с поверхностныи концентратором в виде полуэллипса, из которого на вибраторе выращивают трещину до длины 5 мм по поверхности и глубиной 2,5 мм, проводят исследование усталостной прочности одноосным pac= тяжением-сжатием на базе 10

10 циклов °

Перед усталостными испытаниями образцы обрабатывают по способу-прототипу вдавливанием стального шарика диаметром 3 мм с усилием 1 т и по предлагаемому способу.

Усталостная долговечность для образцов, обработанных по способу-про1070185

Составитель И. Лилгарт

Редактор A. Курах ТехредЖ.КастелевичКорректбр Б. Гирняк

Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рау аская наб., д. 4/5, Заказ 11648/28

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 тотипу, составляет(1-2 ) х 19< циклов, для образцов, обработанных по предлагаемому способу - (2-2,3) х х 10" циклов.

Таким образом, долговечность из« делий в результате обработки по предлагаемому способу повышается s

5-10 раз.