Способ подготовки стальных образцов к испытаниям на вязкость разрушения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЖК,1 @ Ц q g

U. г:,;.:;;,, - « )) 4 p (; 3 A ff 11 Л11ОТРц (21) 3781069/22-02 (22) 09.08.84 (46) 15.03.86. Бюл.¹ 10 (71) Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт технологии автомобильной промьппленности (72) Д.И,Врон и М.В.Селиванов (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 271853, кл. ч 01 N 1/28, 1969.

Броун У, Сроули Дж. Испытания высокопрочных механических материалов на вязкость разрушения при плоской деформации. M.: Мир,.1972, с.67. (54) (57) 1. CIIOCOB IIOgl OTOBKH CTAJlbНЫХ ОБРАЗЦОВ К ИСПЫТАНИЯМ.НА ВЯЗКОСТЬ

РАЗРУШЕНИЯ, преимущественно образцов из высокоуглеродистых и высоколеги(19) (И)

1 1) 4 С 21 D 8/00, G Ol N 1/00 рованных сталей, включающий изготовление образца с надрезом, нагрев до температуры выше Ас), выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью сокращения време. ни испытаний на вязкость разрушения, образец изготавливают с припуском, нагрев, выдержку и охлаждение осуществляют на воздухе с формированием обеэуглероженного слоя, при этом припуск выбирают не менее предельной глубины обезуглероженного слоя, а затем удаляют этот слой с поверхности образца за исключением места

1 надреза.

2. Способ по п.l, о т л и ч а— ю шийся тем, что обезуглероженный слой толщиной 0,1-1,0 мм формируют нагревом до температуры вьппе Ас с выдержкой в течение 20120 мин.

1217892

15

Изобретение относится к механическим испытаниям образцов, конкретнее к испытаниям на вязкость разрушения в условиях плоской деформации, а именно к способам подготовки образцов, преимущественно иэ высокоуглеродистых и высоколегированных сталей, к испытаниям.

Цель изобретения — сокращение времени испытаний на вязкость разрушения.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Из заготовки испытываемой стали изготавливают одним из видов механической обработки призматический образец, размеры которого (длина, ширина и высота) имеют припуск, превращающий предельную толщину обезуглероженного слоя.

Затем предварительный образец подвергают термической обработке закалке с отпуском или нормализации.

При этом процесс ведут на открытом воздухе, в результате чего происходит обеэуглероживание поверхностного слоя, т.е. кислород воздуха окисляет железо и растворенные в нем углерод и карбиды. Прежде всего имеет место окисление углерода поверхност1 ного слоя, который переходит в газовую фазу. Скорость обезуглероживания определяется скоростью диффузии углерода. Толщина обезуглероженного слоя в зависимости от марки стали зависит от температуры и продолжительности нагрева.

Затем после завершения термической обработки механическим путем удаляют заданный припуск, включающий в себя предельно возможную (по условиям термической обработки ) толщину обезуглероженного слоя, со всей поверхности образца эа исключением 1-образной выемкй, т.е. доводят образец до стандартных размеров по условиям последующего испытания на вязкость разрушения. После этого с помощью вибратора к образцу прикладывают циклическую нагрузку с заданным числом циклов в интервале 20000—

100000. Образование трещины наблюдают визуально. Указанное число циклов обеспечивает размер усталостной трещины в пределах 1,5-2,5 мм.

Образование усталостной трещины у аысокопрочных высокоуглеродистых легированных сталей объясняется

50 тем, что в результате обезуглероживания поверхности в основании надреза происходит разупрочнение стали в локальном участке, являющемся концентратором напряжений. е

Наличие мягкого, раэупрочненного локального участка существенно снижает усталостную прочность, облегчая зарождение усталостной трещины под действием циклической нагрузки.

Экспериментально установлено, что обезуглероженный слой получают в интервале 0,1-1,0 мм. Режим термической обработки, используемый для испытываемой стали, должен предусматривать на открытом воздухе до температуры не ниже точки Ас в течение не менее 20 мин поскольку иначе будет сформирован слой, меньший, чем

0,1 мм величины, а это не позволит гарантированно получить усталостную трещину. Предельное время не превышает 120 мин по условиям термической обработки (все виды, использу- . емые для данного класса сталей) и обеспечивает толщину слоя не более

1,0 мм.

Пример. Иэ заготовок иэ испытываемых сталей 60С2 и 60ХГС были получены фрезерованием предварительные образцы с надрезом с припуском .

1 мм на каждую из сторон при размерах стандартного .образца: 5 10 80 мм.

Затем образцы подвергают термической обработке — закалке с отпуском (конкретные режимы приведены в таблице) .

Нагрев проводят на воздухе в течение

ЭО мин. На поверхности образцов формируется обезуглероженный слой, который затем сошлифовывают со всей поверхности, кроме надреза, на величину припуска, т.е. в размер стандартного образца. На поверхности образца на расстоянии 2 мм от вершины угла надреза наносят риску, затем образец подвергают циклической нагрузке на вибраторе.

Образованные трещины наблюдают визуально по достижению ею риски.

В этот момент действие циклической нагрузки прекращают.

В таблице приведены результаты испытаний, Предлагаемый способ нанесения усталостной трещины на образцах, прошедших термическую обработку, позволяет проводить оценку сопротивления хрупкому разрушению по такому важному критерию линейной механики

)217892

Число циклов до нанесения трещины глубиной 2 мм

Марки стали

Предлагаемый способ

Известный способ

60С2 (t Ас, = 750 С

510

1500022000

2000 до 220000 3200072000

430 до 240000 3200080000

390

60ХГС (t Ас

760 С) 510

200000

430

200000

390 у

Трещина не образовалась

Составитель А.Кулемин

Редактор М.Парфенова Техред Л.Микеш Корректор М.Максимишинец

Заказ 1084/32

Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4 разрушения, как К„ — коэффициенты вязкости разрушения на высокоуглеродистык сталях (рессорно-пружинных, штамповых и т.д.), в особенности после Л изкого отпуска, что существенно1 расширяет границы исполь

Температура, о

С отуска (c = 60 мин (закалка

900 С, = 30 мин) зования способа. Одновременно способ упрощает и,удешевляет сам процесс термической обработки, так как отпадает необходимость в защитных атмосферах и оборудовании для их создания.

4000094000