Способ исследования свойств материалов при распространении трещины

 

СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ ТРЕЩИНЫ , заключаншщйся в том, что образец материала с надрезом и с усталостной трещиной, наведенной из вершины надреза, нагружают до максимальной нагрузки цикла, заполняют полость трещины у ее вершины жидкостью , инертной к материалу образца , удаляют излишки жидкости и определяют с помощью микроскопа объемное распределение жидкости у вершины трещины, по которому судят о свойствах материала при распространении трещины, отличающийс я тем, что, с целью расширения возможностей исследования путем обеспечения оценки влияния эксплуатационных перегрузок на циклическую прочность материала, используют оптически прозрачную жидкость с поверхностным натяжением 0,040 ,05 Н/м, определение объемного распределения жидкости осуществляют в процессе разгрузки, в качестве параметров объемного распределения измеряют порядок и размер оси интерференционной полосы на контуре жидk кости, вьггесненной из полости трещины у ее вершины, а о свойствах материала при распространении трещины судят по величине нагрузки, соответствующей стабилизации порядка и размера оси указанной интерференционной полосы при уменьшении нагрузки 00 00 СП Од на образец. со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3776017/25-28 (22) 23.07.84 (46) 30.10.85. Бюл. у 40 (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения (72) А.А.Попов, Г.А.Дробахин и Е.И.Мамаева (53) 620. 178.311.4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 938083, кл. G О1 N 3/08, 1980.

Авторское свидетельство СССР

М 930053, кл. G 01 N 3/00. 1980. (54)(57) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ

МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ ТРЕЩИНЫ, заключающийся в том, что образец материала с надрезом и с усталостной трещиной, наведенной из вершины надреза, нагружают до максимальной нагрузки цикла, заполняют полость трещины у ее вершины жидкостью, инертной к материалу образца, удаляют излишки жидкости и определяют с помощью микроскопа объемное распределение жидкости у вершины трещины, по которому судят о свойствах материала при распространении трещины, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью расширения возможностей исследования путем обеспечения оценки влияния эксплуатационных перегрузок на циклическую прочность материала, используют оптически прозрачную жидкость с поверхностным натяжением 0,04-

0,05 Н/м, определение объемного распределения жидкости осуществляют в процессе разгрузки, в качестве параметров объемного распределения измеряют порядок и размер оси интерференционной полосы на контуре жидкости, вытесненной из полости трещины у ее вершины, а о свойствах материала при распространении трещины судят по величине нагрузки, соответствующей стабилизации порядка и размера оси указанной интерференционной полосы при уменьшении нагрузки на образец.

1188569

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к исследованию этих свойств при распространении трещины.

Цель изобретения — расширение 5 возможностей исследования путем обеспечения оценки влияния эксплуатационных перегрузок на циклическую прочность материала.

Способ осуществляют следуюпдм об- 10

Разом.

Образец материала с надрезом и

C усталостной трещиной, наведенной из вершины надреза, нагружают до страгивания трещины. При циклическом нагружении берега трещины расходятся при увеличении нагрузки и смыкаются при уменьшении нагрузки.

При эксплуатационных перегрузках геометрия трещины изменяется, а циклическая прочность материала может быть оцененапо величиненагрузкн, соответствующей смыканиюберегов трещины.

В процессе роста трещины при циклическом нагружении и особенно после перегрузок полость раскрытой трещины у ее вершины заполняют оптически прозрачной жидкостью, инертной к материалу образца. При этом используют жидкость с поверхностным натяже- 30 нием 0,04-0,05 Н/м. Заполнение осуществляют при амплитудном значении нагрузки, когда раскрытие трещины наибольшее. Затем нагрузку уменьшают и при этом с помощью микроскопа 35 определяют объемное распределение жидкости у вершины трещины по параметрам интерференционных полос на поверхности жидкости.

Если величина поверхностного на- 40 тяжения жидкости больше 0,05 Н/м, то она плохо проникает в полость трещины и по мере закрытия полости трещины у ее вершины жидкость не растекается в достаточно тонком слое. При 45 этом плотность интерференционных полос настолько высока, что вследствие ограниченной разрешающей способ-. ности оптических устройств интерференционная картина практически ис- 50 чезает, еще до полного закрытия трещины у ее вершины.

Если же величина поверхностного натяжения жидкости менее 0,04 Н/м, то снижается контрастность интерфе- 55 ренционной картины из-за увеличения интенсивности рассеяния света на поверхности жидкости.

Излишки жидкости, оставшиеся на поверхности, удаляют с контролируемой поверхности потоком воздуха, направленным вдоль поверхности образца.

Освещают поверхность образца монохроматическим светом и фиксируют область вершины трещины.

Нагрузку на образец при ее непрерывной регистрации уменьшают. По мере снижения нагрузки трещина закрывается, а жидкость вытесняется из полости трещины. На освещенной поверхности образца образуется тонкая пленка жидкости. На поверхности жидкостной пленки локализуется интерференционная картина в виде чередующихся темных и светлых полос, близких к подобным. При закрытии трещины параметры интерференционной картины — порядок и размер оси интерференционной полосы на контуре жидкости — стабилизируются. Нагрузку, которой соответствует указанная стабилизация, принимают за нагрузку закрытия трещины и по ее значению судят о свойствах материала.

Необходимость использования двух параметров вызвана тем, что возможны ситуации, когда отсутствует изменение размера осей интерференционной полосы (изменение линейных размеров), но происходит увеличение толщины слоя, т.е. рост порядка этой полосы, и наоборот.

Пример. Испытывали образцы из хромистой стали 08Х14МФ. В прямоугольном образце размером 10х60 < х 250 мм электроэрозионным способом выполняли односторонний инициирующий надрез глубиной 6 мм и радиусом при вершине 0 15 мм. На универсальной ,электрогидравлической машине НИ-1025 фирмы МФЛ (ФРГ) проводили циклическое нагружение осевым растяжением с коэффициентом асимметрии цикла

Rg = 0 и частотой 20 Гц. Размах ЬК коэффициента интенсивности составлял

18 МПа Н. При максимальной нагрузке цикла 53,5 кН в вершину трещины полировочным сукном втирали жидкость, которая была получена введением в

100 г дистиллированной воды 0,04 г поверхностно-активного вещества типа

ОП-10. Поверхностное натяжение жидкости составило 0,045 Н/м. В процессе снижения нагрузки стабилизация параметров интерференционной картины произошла при нагрузке 9,2 кН.