Способ торможения растущих трещин в металлических изделиях

 

Изобретение относится к упрочнению элементов металлических конструкций пластической деформацией, в частности к способам повышения остаточной долговечности и ресурса работы металлических изделий машиностроительной промышленности. Цель изобретения - повьшение долговечности изде-; ЛИЯ путем увеличения времени задержки роста трещины. Способ позволяет получить максимально возможную задерж-. ку роста трещин в изделии вне зависимости от их размеров за счет того, , что. предварительно на эталоиньк образ цах определяют значение коэффициента интенсивности напряжений, соответствующее максимальному времени задержки роста трещины. Величину нагрузки при статическом нагружении изделия опре-- деляют с учетом длины имеющейся трещины из соотношения Р «iA ,где PC. нагрузка-при статическом нагружении тох коэффициент интенсивности напряжений, соответствующий максимальному времени задержки роста трещины в эталонных образцах; Г,„д - площадь поверхности брутто-сечения изделия, перпендикулярного действию рабочей нагрузки; 1„зд - половина длины растущей ,в изделии трещины; ц,д - известная для изделия функция длины трещины. с & сл

СО(ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (m 4 С 21 D 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4079095/31-02 (22) 13.06.86 (46) 23.11.87. Бюл. N- 43 (71) Московский инженерно-физический, институт (72) В.В. Сушок, 10.Г. Матвиенко и Н.Д, Соболев (53) 621.512 (088,8) ,(56). Авторское свидетельство СССР

N - 922162, кл. С 21 D 7/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 397547, кл. С 21 D 7/10, 1971. (54) СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ РАСТУ1ЦИХ ТРЕЩИН В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЯХ (57) Изобретение относится к упрочнению элементов металлических конструкций пластической деформацией, в частности к способам повышения остаточной долговечности и ресурса работы металлических изделий машиностроительной промышленности. Цель изобретения — повышение долговечности изде-! лия путем увеличения времени задержкироста трещины. Способ позволяет получить максимально возможную задерж-. ку роста трещин в изделии вне зависимости от их размеров за счет того, что, предварительно на эталонных образ цах определяют значение коэффициента интенсивности напряжений, соответствующее максимальному времени задержки роста трещины. Величину нагрузки при статическом нагружении иэделия опре--. деляют с учетом длины имеющейся трещины из соотношения P = К* F„, / ст max

/<1 „, 7„, где P нагрузка при статйческом нагружении; К* — коэффициент интенсивности напряжений, соответствующий максимальному времени задержки роста трещины в эталонных образцах; F — площадь поверхности брутто-сечения изделия, перпендикуляр. ного действию рабочей нагрузки; 1„. — половина длины растущей,в изделии трещины; Y» — известная для изделия функция длины трещины.

1353833

Изобретение относится к области упрочнения элементов металлических конструкций пластической деформацией, в частности к способам повышения остаточной долговечности и ресурса работы металлических изделий IIaI!IIIIIocтФ роительной промышленности.

Цель изобретения — повышение долговечности изделия путем увеличения времени задержки роста трещины.

Сущность изобретения заключается в том„ что испытывают эталонные образцы из того же материала, что и изделие, в условиях его эксплуатации. В процессе испытаний прикладывают разные статические нагрузки P выше перСт. ОБР воначальной (рабочей) нагрузки и в направлении ее действия, т. е. осуществляют растягивающую перегрузку. На— ходят значение коэффициента интенсивности напряжений (1<ИН) по зависимости сБр ст ОБр " ОБр ОБр сБр где Р— нагрузка при статическом

Ст. сБр нагружении образца;

Гс, — плоЩаДь повеРхности бРУтто-сечения образца;

21 „ - длина -рещины в образце:

Y« — известная для эталонного образца функция длины трещины.

Далее определяют соответствующие этим КИН времена задержки роста трещины. Находят значение КИН К"-, соответствующее максимальному времени задержки. Статическую чагрузку Р, „, которую прикладывают к изделию в направлении рабочей, определяют из условия равенства 1<ИН в эталонном обK„>* K : P„,„ ä / .хности брутто-сечения изделия; 21>-Д>— длина трещины в изделии; Y — известная для конкретного изделия функция длины трещины.

Во время кратковременного повышеI ния нагрузки выше эксплуатационной происходит увеличение радиуса вершины исходных технологических дефектов типа трещин, а также трещин, образовавшихся во время эксплуатации изделия. Продеформированный при этом маC териал перед вершиной трещины находится под действием остаточных с>кимающих напряжений. Эти два явления приводят к торможению процесса роста трещин или полной их остановке. При повышении уровня нагрузки этот эффект будет увеличиваться. Однако по .".epe прибли>кения КИН при данном статическом нагру>кении к вязкости разрушения происходит значительное повреждение материала перед зершиной трещины, состоящее в исчерпании его способнос10 ти к дальнейшему пластическому деформированию. Это приводит к увеличению скорости процесса разрушения после некоторой его задержки. Возрастает вероятность срыва трещины и увеличе15 ния ее длины. Это доказывает существование максимума времени задержки роста трещины при значении КИН, меньшем вязкости разрушения.

Таким образом, предлагаемый спо20 соб обеспечивает максимальную задержку роста трещины вне зависимости от ее длины после приложения статической нагрузки при дальнейшей эксплуатации

I изделия. Повторяя данную операцию перио циче ск и пo;Iep е пророста трещины через локальную деформированную зо— пу перед ее вершиной., можно значительно повысить долговечность изде.лия, ЗО Пример. Спосоо реализуют на серииной установке АИМА-5-2. Испытания проводят в условиях длительного статического нагружения на воздухе при температуре 923 К. ДЛя наблюде"ния за процессом распространения трещин используют плоские образцы из стали типа Х18Н1ОТ размером 220"30

" 1 мм и типа Х16Н15МЗБ размером 106» к12 0,8 мч. Исходный острый централь4п ный надрез с радиусом вершины менее

0,08 мм создают электроэрозионным методом в средней части образца. Длина надреза 10 мм для образцов из стали Х18Н10Т и 4 мм из стали Х16Н15МЗБ

Слежение за ростом трещины осуществляют с помощью микроско, NSC-1 с точностью до 0,015 мм и методом раз-. ности электрических потенциалов. Потенциальные контакты располагают на

Вд берегах надреза вдоль осевой линии образца.

При достижении суммарной длиной трещин, выросших из надреза, определенной величины (0,9 мм для образцов из Х18Н10Т и 0,7 мм из Х16Н15МЗБ) производят кратковременное увеличение нагрузки до необходимого уровня.

В этот момент вершина растущей трещиIILI Выходит из-IIQp влияния исходногО

1353833 давая в изделии в момент перегрузки напряженное состояние, характеризующее К*, определенным с помощью образцов, получают наибольшее время торможения трещины., Нагрузка при этом определяется следующим образом: надреза, что определяется по изменению наклона кривой, отражающей зависимость скорости распространения трещины от коэффициента интенсивности напряжений. После уменьшения нагрузки до первоначального уровня îíà ocòàåò— ся неизменной до конца испытания.

Для регистрации нагрузки используют силоизмеритель в виде полого ци- 10 линдра с наклеенными на него тензо-:

K* Fi»p /11 иод и д датчиками, соединенными в мостовую схему, и двухкоординатный самописец

ПДП 4-002. Погрешность составляет менее 11 от величины нагрузки. Для определения влияния уровня перегруз KH при статическом нагружении íà тор формула и з о б р е т е н и я нагрузки;

1„, — половина длины растущей в изделии трещины;

Y — функция длины трещины для нзд конкретного изделия.

Кулемин с

Корректор С.черни

Тираж 550

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5985

Подписное

Производственно †полиграфическ предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 можение растущих трещин испытания проводят во всем возможном диапазоне изменения КИН: от нуля, когда происходит стационарное испытание, до той величины, при которой достигается вязкость разрушения, т.е. имеющаяся трешина страгивается при максимальной чагрузке. Некоторое время после перегрузки трещина не двигается, после чего начинается ее медлен ный рост.

Для количественной оценки влияния увеличения нагрузки введен параметр время торможения трещины Т, за кото— рое скорость роста становится равной своему значению перед перегрузкой.

Результаты испытаний двух исследованных сталей можно представить в виде зависимости Т /Т, от К/К, где ҄— время торможения трещины в случае перегрузки до уровня вязкости разрушения К,. Значения КИН рассчитывают по формуле К = Р.1Т Y/W Н, где P — нагрузка; 1 — половина длины трещины;

W — ; Н вЂ” толщина образца. Максимальный эффект от перегрузки наблюдается при К* = 0 65 К для образцов из стали Х18Н10Т и К*=

0,75 К для образцов из стали

Х16Н15МЗБ. По сравнению с известным способом, время торможения увеличивается в I 8 раза для стали Х18Н10Т и в 2, 1 раза для стали Х16Н15МЗБ. СозСоставитель А

Редактор В. Петраш Техред И.Вере

Таким образом, способ позволяет производить максимально возможную за держку роста трещин в металлических изделиях, что увеличивает их долго15 вечность.

Способ торможения растущих трещин

20 в металлических изделиях. включающий создание локальной деформированной зоны перед вершиной трещины с помощью приложения к изделию статической нагрузки, совпадающей по направлению

25 с рабочей нагрузкой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения долговечности изделия путем увели. чения времени задержки роста трещины, предварительно на эталонны>. образцах, 30 изготовленных из того же металла, что и изделие, определяют зависимость времени задержки роста трещины от коэффициента интенсивности напряжения при статической нагрузке, по этой зависимости определяют значение коэффициента интенсивности напряжения К*, которое соответствует мак«акес симальному времени задержки роста трещины, а статическую нагрузку к из40 делию определяют по зависимости где F — площадь поверхности брутто« Д сечения изделия, перпенди45 кулярного действию рабочей