Способ определения усталостного повреждения материала при высоких частотах нагружения

 

Изобретение относится к испытаниям материалов, к способам определения усталостного повреждения сталей с мартенситной структурой. Цель изобретения - повышение точности определения максимального повреждения сталей с мартенситной структурой. Образец с концентратором циклически нагружают на высокой частоте и фиксируют скачок температуры в зоне излома в момент появления усталостной трещины, а по скачку температуры определяют величину удельного объема усталостной трещины в качестве характеристики усталостного повреждения. 2 ил.

СОЮЗ СОВаТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

803

И11 4 С 01 И 3/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4316496/25-28 (22) 22. 07.87 (46) 23. 10.89. Бюл. У 39 (72) Д.Г. Шерман (53) 620. 178 (088.8) ГОсудАРСТ8енный кОмитет пО изОБРетениям и ОтнРытиям пРи Гкнт сссР (56) Усталостные испытания на высоких частотах нагружения. /Под ред.

В.А. Кузьменко.-Киев: Наукова думка, 19 79, с. 2 15-22 7. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТАЛОСТНОГО

ПОВРЕЖДЕНИЯ МАТЕРИАЛА ПРИ ВЫСОКИХ

ЧАСТОТАХ НАГРУЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к испытаИзобретение относится к испытаниям материалов, в частности к способам определения усталостного повреждения сталей с мартенситной структурой.

Цель изобретения — повышение точности определения максимального повреждения сталей с мартенситной структур ой.

На фиг. 1 представлена схема установки для реализации способа; на фиг. 2 — типичная зависимость температуры от числа циклов °

Установка для реализации способа включает связанный с образцом 1 магнитострикционный преобразователь 2, концентратор 3 напряжений, ультразвуковой генератор 4, антенный датчик 5, электронный частотомер 6, индукционный датчик 7, милливольтметр

8, термопару 9, потенциометр 10, 2 ниям материалов, к способам определения усталостного повреждения сталей с мартенситной структурой. Цель изобретения — повышение точности определения максимального повреждения сталей с мартенситной структурой. Образец с концентратором циклически нагружают на высокой частоте и фиксируют скачок температуры в зоне излома в момент появления усталостной трещины, а по скачку температуры определяют величину удельного объема усталостной трещины в качестве характеристики усталостного повреждения.

2 ил., 1 табл.

Способ осуществляют следующим образом.

Контролируемый образец 1 иэ мартенситной стали крепят к концентратору 3 напряжений, магнитострикционный преобразователь 2 подключают к ультразвуковому генератору 4 и возбуждают в образце высокочастотные циклические колебания ° Частоту циклического нагружения образца измеряют антенньм датчиком 5 с помощью частотомера 6. Амплитуду колебательной деформации по длине образца измеряют индукционньм датчиком 7 с помощью милливольтметра 8.

Градуировку датчика 7 амплитуды колебательной деформации проводят с помощью оптического микроскопа, измеряя амплитуду смещения торца образца. При этом для полуволнового об1516854 раэца максимальное значение амплитуды колебательной деформации, которое имеет место s центре образца, рассчитывают из соотношения Е,„= К Г . В то центре образца, где наиболее вероятна поломка образца, проводят измерение температуры и внутреннего трения.

В качестве характеристики поврежденности материала в момент разрушения определяют величину удельного объема

Ч усталостной трещины из соотношени я

1 Ef

Ч ж

%a QMTt

10 где 1 — ширина пластины мартенсита в структуре образца;

Š— модуль Юнга;

f — частота нагружения; 20

% — теплопроводность;

Я вЂ” добротность колебательной системы;

АТ - скачок температуры в момент образования трещины, опреде- 25 ляемой с помощью термопары

9, которую размещают в зоне предполагаемого разрушения °

О моменте появления трещины можно судить по появлению укаэанного скачка температуры.

Пример. Определяют усталостную повреждаемость образцов иэ стали

ЭОХГС2НА, подвергнутых поверхностному пластическому упрочнению динамв35 ческим наклепом,которые предварительо, но после закалки от температур 870 С отпускали в интервале температур

220 — 320 С.

Циклическое нагружение образца проводят высокочастотной нагрузкой с частотой 20 кГц. Дп этого изготавливают полуволновой образец диаметром 17 мм и длиной 130 мм. Образец крепят к концентратору напряже- 45 ний экспоненциальной формы. Нагружение образца осуществляют с помощью магнитострикционного преобразователя

ПМС 15А-18 и ультразвукового генератора УЗГ2-4М. Для определения рабочей частоты колебаний образца применяют частотомер злектронносчетный Ч3-35А.

ЗДС, наводимую в индукционном датчике амплитуды колебательной деформации образца, измеряют с помощью универсального вольтметра В7-16. В качестве характеристики внутреннего трения используют величину, обратную добротности Q, Для измерения температуры на поверхности образца в центре по длине приваривают хромель-копелевую термопару. Изменение температуры в процессе циклического нагружения записывают с помощью потенциометра КСП-4.

Образец нагружают таким образом, чтобы амплитуда смещения на торце

20 10 м. При этом амплитуда колебательной деформации в центре образца „„ = 5 ° 10 . Внутреннее тре4 ние в месте вероятного излома определяют по приросту температуры )(г за 100 с циклического нагружения образца. Затем циклическое нагружение образца проводят в течение времени, необходимого для образования усталостной трещины. При этом определяют скачок температуры, которым сопровождается образование усталостной трещины (фиг. 2) .

Результаты определения усталостной повреждаемости образца с учетом величины скачка температуры и внутреннего трения приведены в таблице.

Результаты определения усталостной повреждаемости по предлагаемому способу и по величине образовавшихся на изломе зон локальной пластической деформации согласуются.

Формула изобретения

Способ определения усталостного повреждения материала при высоких частотах нагружения, заключающийся в том, что в процессе нагружения образца измеряют температуру в месте наибольшего самораэогрева и наибольшую амплитуду деформаций образца, с учетом которых определяют добротность колебательной системы и судят об усталостном повреждении материала, о тл и ч а ю шийся тем, что,с целью повышения точности определения максимального повреждения сталей с мартенситной структурой, определяют момент образования усталостной трещины, в который измеряют скачок температуры, а в качестве характеристики усталостного повреждения определяют величину удельного объема Ч уст талостной трещины иэ соотношения

Е,1 Ef

» т ЦЪ ВТ

5 1516854 где E. максимальная амплитуда деформаций;

1 — ширина пластины мар т е нс и та в структуре образца;

Е - модуль Юнга;

Скачок температуры Т, С

Ю

220 1 4 2 3 5 1О

270 32 4 3,7 15

320 4 О 23 1,7 25

Фиг.1

Темп ература отпуска,То

4с нутренее трение

Удел ьный объем трещины

V+ ° 10

f — частота нагруаения;

% — теплопроводность; () - добротность; дТ вЂ” скачок температуры в момент образования трещины.

Величина эоны локальной пластической дефор-, мации Ь 10, и