Способ обработки изделий

 

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ преимущественно из хрупких материалов , включаходий создание напряжений в материале границ трещины, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целыб повышения ресурса изделий, создание напряжений осуществляют путем заполнения трещины сыпучим мелкодисперсньм твердым веществом. g

,SU.„1125

0903 CQBKTQHfe

СОФМ ВОН

РЕСПУБЛИК зФЮ С 21 D 7/02

А,, 1 ч . «» » Il

Н АВТОРСНСНУ СЮФВ П/ЬФТВУ

f0OY4APGY86HHb9 КОМИТЕТ ССОР

Пб ДЕЛАМ ИЗОБРЕТШИЙ И ОТНРЫТЮ (21) 3547495/22-02 (22) 31.01.83 (46) 23.11.84. Бюл. Н 43 (72} F.È.Íèêè4îð÷èí, О.Н.Ромаиив, В.Н.Андрусив, В.Г.Здановский, . А.В.Василик и Б.И.Чемеринский (7f) Физико-механический институт им. Г,В.Карпенко (53) 621.787.4(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 456003, кл. С 21 D 7/02, опублик. 05.01.1975.

2. Авторское свидетельство СССР

В 596638, an. С 21 D 7/02, опублик. 05.03.1978.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 819193, кл. С 21 Р 7/02, 07.04 1981 ° (54)(57) СПОСОВ аВРАВ0тКИ ИЗДКЛИй преимущественно из хрупких материалов, включающий создание напряжений в материале границ трещины, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью новыщения ресурса изделий, создание напрякений осуществляют путем. заполнения трещины сыпучим мелкодисперснж твердым веществом.

1125266

10

t5

30

Указанная цель достигается тем, что согласно способу обработки изделий з аключающемус я в с озд ании напряжений в материале границ трещины, трещину заполняют сыпучим мелкодисперсным твердым веществом.

Попадая в трещину, вещество создает давление на берега трещины и препятствует смыканию берегов на .

Изобретейие относится к области создания способов повышения сопротивления материалов и иэделий -хрупкому разрушению, в частности повышения сопротивления трещин при . циклическом нагружении.

Известны способы торможения роста усталостных трещин в листовом материале, заключающиеся в засверли, вании трещины s ее вершине и в локальной пластической деформации на пути роста трещины в направлении, перпендикулярном плоскости листа. j1), f2) .

Однако с помощью этих способов упрочняется только вершина трещины.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ обработки изделий, заключа-, ющийся в создании локальных пласти ческих деформаций (отпечатков),и, таким образом, напряжений в материале границ трещины )3) .

Известный способ неэффективен в случае больших трещин, а также из.готовленных деталей из хрупких ма" териалов, когда нанесение отнечатков трудноосуществимо, а также возможно образование вторичных трещин от отпечатков. В то же время именно для высокопрочных хрупких. материалов, используемых для изготовления корпусных изделий и обладающих высокой склонностью к хрупкому разрушению, в первую очередь важно повысить нх циклическую трещиностойкость. Кроме того, нанесение отпечатков в ряде случаев бывает невозможным в иэделиях сложной формы и со сложной траекторией распространения трещины, которую предугадать невозможно, что исключает заблаговременное нанесение отпечатков в определенном месте еще до появления там. трещины.

Целью изобретения является повышение ресурса изделия больших толщин и сложной формы, изготовленных из хрупких материалов. протяжении полуцикла разгрузки.

Таким образом уменьшается амплитуда нагружения материала в вершине трещины, что приводит к повышению циклической трещиностойкости изделия.

На фиг.1 схематически представлен профиль трещины после приложения к изделию растягивающей нагрузки (сплошные линии) и после ее снятия (пунктирные линии) (после снятия нагрузки границы трещины смыкаются, циклическая деформация материала в вершине трещины равна S1 ); на фиг.2 - профиль трещины до (сплош-. ные линии) и после (пунктирные линии) .разгрузки в случае попадания в трещину сыпучего мелкодисперсного твердого вещества (после снятия нагрузки берега не смыкаются, циклическая деформация материала равна о, при этОм 5<(8 ); на фиге3 — диаграмма зависимости деформации материала От нагрузки при испытании без подачи в концентратор вещества; на фиг.4 — то же, при подаче в концентратор вещества.

Предложенный способ опробован на балочных образцах прямоугольного: поперечного сечения (длина образцов 160 мм, высота 18 мм, ширина

12 мм) с односторонней боковой усталостной трещиной. Материал — сталь

40Х, закаленная от 850 С и отпущено ная при 200 С.

Усталостные трещины от искусственных концентраторов, созданных на образцах, выращивали на установке с жестким типом нагружения по схеме консольного изгиба отнулевым циклом . нагружения с частотой 10 Гц. При этом фиксировали скорость роста трещины для определенных уровней.нагрузок, оцениваемых согласно подходам линейной механики разрушения по величине амплитуды коэффициента интенсивности напряжений6М=1 „-1(ю. кп ю1я т гдето „„и 1 — минимальное н максимальное значение коэффициента интенсивности напряжений за цикл нагружения соответственно. Для нулевого цикла нагружения,„;„=0 v4K=L Прирост длины трещины регистрировали при помощи оптического устройства с погрешностью абсолютной длины трещины. С целью проверки эффективности предлагаемого способа в процессе развития усталостной трещины в кон1125266 центратор подавали твердое мелкодисперсное сыпучее вещество — тальк (ЗМР,О 4Si0g Н О)..

Результаты испытаний сведены а, таблицу.

Вид испытаний

Скорость развития трещины, мм/цикл

k 4,3 МНЯМ фК=

6,2 МП4М

Без подачи

3Mg04S>0 Н О.

-Ь -6

1,S»10 9,0 10

С подачей

ЗМяО ° 4810 Н О

6 -Б

0(эа 10 2,0 "10 циклов) Для подтверждения предположения о причине повышения циклической тре2

Как следует иэ таблицы, применение предложенного способа для scex значений ЬК или полностью устраняет рост трещины или существенно его подавляет. 30

После заполнения трещины мелкодисперсным сыпучим твердым веществом в полуцикле понижения нагрузки на изделие границы трещины под действием упругих сил будет стремиться сомкнуться, но этому противодействует находящееся в трещине вещество, создавая усилие на границы трещины и, следовательно, напряжения в материале границ трещины, что в конеч ном итоге препятствует смыканию границ трещины. Вследствие этого дебрмация материала в вершине трещины за цикл нагрузки уменьшится при неизменной внешней амплитуде нагружения изделия. щиностойкости материала при помощи тензометрического датчика перемещений измерялась деформация материала, 1расположенного вблизи вершины трещины в зависимости от приложенной к образцу нагрузки P.

На фиг.З схематически показана диаграмма P - -Ь для случая испытания без подачи в концентратор вещества.

Наблюдается прямо пропорциональная . зависимость Ь от P. Величина деформации материала при достижении нагрузки P равна Ь .

На фиг.4 схематически показана диаграмма Р— Ь в случае испытания с подачей в концентратор вещества. Диаграмма состоит из двух ломаных участков. Величина деформации материала при достижении нагрузки P равна Ь . Сравнивая фиг.3 и 4 видно, что b, > Ь, т.е. имеет место уменьшение .деформации материала эа цикл нагрузки в результате подачи вещества в трещину.

Использование предложенного спосо. ба существенно повысит долговечность изделий, подвергающихся циклическим нагрузкам и имеющих трещиновидные дефекты, так как трещина в таких условиях нагружения нли вообще не будег расти или с меньшей, приблизительно в 5 раэ, скоростью.

При этом повышение долговечности . достигается беэ каких-либо упрочняю-: щих обработок, что высокоэффективно, поскольку такие обработки сопряжены с затратой больших трудовых и материальных ресурсов. В то же время обеспечение подачи в трещину вещества не представляет особого труда, в местах концентрации напряжений, где возможен рост трещин под действием циклических нагрузок, устанавливаются простые бункеры, в которые засыпается сыпучее мелкодисперсное твердое вещество. Это вещество всег" да можно подобрать недорогостоящим и доступным.

1125266

Ara4

Састаиитель А.шулемам

Теиуед Т.Иаточиа Корректор.А. Тяско

Редактор Т.Кугрыиева

Филиал ППП "Патеит", г. Уигоуед, ул. Проектная, 4

Заказ 8437/19 Тауеи 539, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делан ивебуетеиий и отиу3атий

113035, Москва, 3"35, Рауисивм иаб., д. 4/5