Способ торможения трещин в металлических изделиях

 

Изобретение относится к области деформационно-термической обработки металлов и может быть использовано в машиностроении при ремонте тонкостенных изделий. Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем торможения внутренних трещин, а так же трещин, образующихся при статических нагрузках. Испытывают эталонные образцы из материала изделия, интенсивно охлаждают материал у вершины трещины при разных режимах охлаждения, устанавливают режим охлаждения, вызывающий необходимую задержку роста трещины в образцах, и при этом режиме периодически охлаждают материал у вершины трещины в изделии. Охлаждение материала проводят в локальной зоне у вершины трещины, размер которой устанавливают из условий нагружения изделия, а периодичность охлаждения определяют по времени прорастания трещины через зону действия остаточных сжимающих напряжений, возникающих после охлаждения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1475937 А 1 р 4 С 21 D 8/.00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ расширение технологических возможностей путем торможения внутренних трещин, а так же трещин, образующихся при статических нагрузках. Испытывают эталонные образцы из материала изделия, интенсивно охлаждают материал у вершины трещины при разных режимах охлаждения, устанавливают режим охлаждения, вызывающий необходимую задержку роста трещины в образцах, и при этом режиме периодически охлаждают материал у вершины трещины в изделии. Охлаждение материала проводят в локальной зоне у вершины трещины, размер которой устанавливают из условий нагружения изделия, а периодичность охлаждения определяют по времени прорастания трещины через зону действия остаточных сжимающих . напряжений, возникаюидх после охпажденйя. 2 ил.

Ж

Я = (12

1 К

275 b o n.

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21 } 4335553/23- 02 (22) 29. 09.87 (46) 30.04.89. Бюл. № 16 (71) Всесоюзный межотраслевой научно-исследовательский институт по зашите металлов от коррозии. (72) Ю.Г. Матвиенко, В.В. Сушок и И.Д. Соболев (53) 621. 785. 79 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 922162, кл. С 21 D7/02,,. 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1125266, кл. С 21 D 7/02, 1984. (54) СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ТРЕЩИН В NEТАЛЛИЧЕС КИХ "ИЗДЕЛИЯХ (57) Изобретение относится к области деформационно-термической обработки металлов и может бьггь использовано в машиностроении при ремонте тонкостенных изделий. Цель изобретения—

Изобретение относится к деформационно-термической обработки металлов и может быгь использовано в машиностроении при ремонте тонкостенных изделий.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей путем торможения внутренних трещин, а также трещин, образующихся при статических нагрузках.

Сущность изобретения заключается в том, что испьггывают эталонные образцы из того же материала, что и изделие, в тех же условиях, что и условия их эксплуатации, интенсивно охлаждают материал у вершины трещины при разных режимах: скорости подачи хладагента и временах его воздействия, устанавливают режим охлаждения материала, вызывающий необхо-. димую задержку роста трещины в образцах, и при этом режиме периодически охлаждают материал у вершины трещи.ны в изделии.

Размер области охлаждения R определяют из условия действия в ней напряжении от эксплуатационной нагрузки, превышающих предел текучести материала:

14 759 з где 6 — номинальные напряжения, 1 — размер трещины (дефекта);

Y — поправочная функ- 5 ция геометрии изделия1

Ь„,, — предел текучести материала при температуре эксплуата- 10 ции изделия, К =ЬЛ У - коэффициент интенсивности напряжений в изделии.

Во время интенсивного охлаждения,15 материала у вершины трещины в изделии, находящемся под нагрузкой, происходит термическое сокращение материала в локальной зоне у вершины трещины. За счет того, что материал 20

: на некотором удалении от этой зоны практически не деформируется при быстром охлаждении; в локальной зоне он подвергается. растяжению. Это вызывает увеличение радиуса вершины трещины и появление непосредственно у нее растягивающих напряжений.

После прекращения охлаждения в материале перед вершиной трещины возникают остаточные сжимающие напряже- 30 ния. Эти два фактора приводят к торможению процесса роста трещины или полной его остановке. При увеличении интенсивности охлаждения этот эффект возрастает. Однако по мере увеличения возникающих при охлаждении растягивающих напряжений (с учетом действия напряжений от рабочей нагрузки) и приближения их к предельному напряжению происходит значитель-40 ное повреждение материала перед вершиной трещины, состоящее в исчерпа" нии его способности к дальнейшему пластическому деформированию. Это в свою очередь приводит к увеличению 45 скорости разрушения после некоторой его задержки. Возрастает вероятность срыва трещины и увеличения ее длины.

Поэтому можно найти режим, обеспечивающий необходимую задержку роста трещины, в интервале возможных режимов охлалдения. Повторяя эту операцию периодически по мере пророста трещины через локальную деформированную зону, можно значительно повысить долговечность изделия.

Пример. Предлагаемый способ бып реализован на серийной установке АИМА-5-2. Испытания проводились в условиях длительного статического нагружения на воздухе при 923К. Использованы плоские образцы из стали

„Х18НОТ размером 220" 30" 1,4 мм. ИсходHbIH острый центральный .надрез с радиусом вершины менее 0,08 мм создавали электроэрозионным методом в ср ед ней час ти обр аз ца. Дли на над р еза 12 мм. Слежение за ростом трещины осуществляли с помощью микроскопа МБС-1 с точностью до. 0,015 мм, а также метода разности электрических потенциалов. На стадии стабильного роста трещины, когда по.следняя выходила из-под влияния исходного надреза, производили инт енси вное охлаждение материала вершины трещины. путем подачи к ней жидкого азота из сосуда Дьюара под давлением по медным трубкам с внутренним диаметром

2 мм. Диаметр трубок выбирался исходя из равенства размера охлаждае-. мой зоны у вершины трещины размеру зоны пластической деформации R, Скорость подачи азота меняли варьируя силу тока через нагреватель испарителя, находящегося .в сосуде

Дьюара. Время охлаждения измеряли секундомером. Все это время после охлаждения трещина не развивалась, а зат ем начи нался ее медл енный рост, Для количеетвенного измерения влияния охлаждения определялось время торможения трещины Т „за которое скорость роста становится равной своему значению перед охлаждением.

Результаты экспериментальных исследований данн на фиг. 1, 2.

На фиг.1 представлены результаты испытаний образцов в виде зависимости времени торможения трещины Т от напряжения на испарителе U, Вре—

;мя охлаждения составляло 15 с. Напряжение в сечении образца с трещиной равно 120 МПа. По мере увеличения скорости подачи жидкого азота, которая пропорциональна напряжен ю

U возрастает время торможения трещины.

На фиг.2 представлены результаты испытаний образца (одного) в виде зависимости времени торможения трещины Т от различных значений напря.— жения в нетто- сечении Ь„«.В этом случае время охлаждения 15 с, напряжение на испарителе 27 В. Максимальный эффект от охлаждения наблюдался при. напряжении b,gt = 120 МПа. При

14 75937 напряжениях больших чем 120 ИПа для данного режима охлаждения происходит значительное повреждение материала, сопровождающееся подростом трещины во время охлаждения, что и сокращает время торможения трещины. Это означает, что один и тот же режим охлаждения по-разному влияет на поведение изделия .с трещиной при разных условиях нагружения. Поэтому существует и.может быть определен оптический

- режим охлаждения для любой необходимой (заданной) задержки роста трещины °

Таким образом, данный способ позволяет производить необходимую (заданную) задержку роста трещины в металлических тонкостенных иэделиях, что позволяет существенно увеличить период межремонтной эксплуатации.

По сравнению с известным предложен ный сп ос о б имеет след ующи е преимущества: возможность задержки рос-. та произвольно ориентированных трещиноподобных дефектов, -включая внутренние, использование для конструкций, работающих не только в условиях циклической изменяющейся нагрузки, но и при статическом нагружении.

Формула из обр ет ения

Способ торможения трещин в металлических изделиях преимущественно .тонкостенных и эксплуатируемых при высоких температурах, включающий создание остаточных напряжений в ма-. где 6 — номинальные напряжения", 1 — размер трещины, Y — поправочная функция г еометрии изделия, Ьо,— предел текучести материа-! ла изделия при температуре эксплуатации, .и определяют время и интенсивность охлаждения до остановки трещины, а остаточные напряжения в материале изделия перед вершиной трещины соз30 дают путем охлаждения вершины трещины при найденных на эталонных образцах параметрах размера эоны, времени и интенсивности охлаждения, причем охлаждение осуществляют периодически с периодом, равным времени прорастания трещин через зону

Р действия остаточных сжиманщих напряжений, возникших после очередного охлаждения .

20 териале изделия перед вершиной трещины, отличающийся тем, что, с целью расширения технологи5 ческих возможностей путем торможения внутренних трещин, а также трещин, образующихся при статических нагрузках, предварительно изготавливают эталонные образцы иэ материа10 ла изделия с трещинами, подвергают их нагружению, идентичному при эксплуатации изделия, затем с помощью жидкого азота охлаждают зону у вершины трещины размером

R = 1/2Т (ЙП. 6 Y/G < )1, 1475937

Составитель А. Кулемин редактор М. Недолуженко Техр ед Л, Олийнык Корректор М. Васильева

Заказ 2123/23 Тираж 531 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101