Способ торможения роста усталостных трещин в детали

 

Изобретение относится к способам изменения физической структуры металлов и может быть применено для повышения сопротивления элементов конструкций распространению усталостных трещин. Цель изобретения - повышение срока службы деталей. В резьбовой шпильке на пути вероятного распространения трещины выполнен канал, расположенный параллельно направлению действия максимальной нагрузки. В полости канала под давлением находится затвердевающий на воздухе заполнитель. Усталостная трещина при своем развитии достигает канала, при этом из последнего в полость трещины поступает заполнитель. Скорость роста трещины снижается либо останавливается. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 С 21 D 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ВЖ0

ЫП117%Б11БЛ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4386124/3! — 02 (22) 03.03.88 (46) 23.02.90. Бюл. № 7 (71) Институт проблем прочности, АН УССР (72) А.В.Прокопенко и О.НсЧерньпп (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 819193, кл. С 21 D 7/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹- 1125266, кл. С 21 D 7/02, 1984. (54) СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ РОСТА YCTAJi0CTHbK ТРЕЩИН В ДЕТАЛИ (57) Изобретение относится к способам изменения физической структуры металлов и может быть применено

Изобретение относится к способам изменения физической структуры металлов и может быть применено для повыс шения сопротивления элементов конструкций распространению усталостных трещин.

Цель изобретения — повышение срока службы детали.

На фиг.1 показана резьбовая шпилька с каналом, разрез; на фиг.2— сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 — образец прямоугольного поперечного сечения, разрез; на фиг.4 — диаграммы, поясняющие способ.

Пример. В резьбовой шпильке

1 на пути вероятного распространения трещины выполнен канал 2, расположенный параллельно направлению действия максимальной нагрузки. для повьппения сопротивления элементов конструкций распространению усталостных трещин. Цель изобретения — повьппение срока службы деталей, В реэьбовой шпильке на пути вероятного распространения трещины выполнен канал, расположенный параллельно направлению действия максимальной нагрузки. В полости канала под давлением находится затвердевающий навоздухе заполнитель. Усталостная трещина при своем развитии достигает канала, при этом иэ последнего в полость трещины поступает заполнитель. Скорость роста трещины снижа- ется либо останавливается. 4 ил, Канал 2 заполнен затвердевающим в контакте с воздухом заполнителем 3 трещины 4, находящимся под давлением, р создаваемым газом в полости 5. По-. р лость 5 с одной стороны отделена от заполнителя 3 гибким элементом 6, а с другой — от окружающего воздуха пробкой 7. Если при работе агрегата, паии1 включающего шпильку 1, последняя под- вергается действию циклической нагрузки, то при недостаточной прочности металла шпильки, перегрузках, технологических дефектах в зоне концент- фв рации напряжений, обусловленной наличием резьбы, в шпильке 1 образуется усталостная трещйна 4. При достижении ею канала 2 из последнего под давлением газа в полость трещины 4 поступает заполнитель 3 ° при затвер1544821

10 f5

25

40

55 девании которого в контакте с окружающим воздухом трещина 4 не может закрываться при нагружении сжатием, Диклическая пластическая деформация в кончике трещины 4 по всему Фронту

8 (Фиг.2) прекращается или уменьшается. Скорость роста трещины 4 снижается, либо она останавливается совсем.

Предложенными способ был опробован на образцах прямоугольного поперчно о сечения (Фиг.3) из алюминиевого сплава ЛМг-6. Трещину 9 в образце 10 выращивали из V-образного надреза цри циклическом нагружении консольным изгибом на вибродинамическом стенде. Образец 10 одним концом

Зажимали в захвате 11, а другой

Конец образца совершал резонансные изгибные колебания с частотой при—

Мерно 400 Гц. За трещиной 9 наблюда1 и на боковой поверхности образца

При помощи микроскопа, В образце

Перпендикулярно плоскости трещины был выполнен канал 12, в который через штуцер 13 подавали под давлением примерно 0,2 NIIa циакрин (вещество, быстро затвердевающее на воздухе).

Результаты экспериментов представлены в виде диаграмм зависимости скорость роста трещины от коэффициента ., интенсивности напряжений (Фиг.4). Коэффициент интенсивности напряжений цодсчитывали по следующей Формуле

К =15-Г (где (— геометрический актор для даиного типа образца;

- — максимальное напряжение изгиба, одсчитанное для полного сечения рбразца без учета трещины и надрефа; 1 — длина трещины).

Данные о скорости роста трещины (Фиг.4), представленные зависимостью относятся к образцам без канала с заполнителем трещины, а зависимостью

15 — к образцу с заполнителем. Точки

Со стрелками означают пороговый коэффициент интенсивности напряжений, характеризующий нагрузку, при которой образец с трещиной без видимого ее прироста нагружался числом циклов 10 . Чтобы получить пороговый коэффициент интенсивности напряжений на образце без канала нагрузку постепенно снижали.

Образец с каналом испытывали следующим образом. Поддерживали скорость роста трещинь на уровне

-6

3"10 мм/цикл. Когда трещина пророс.ла до канала и в нее стал поступать циакрин, рост ее прекратился. Далее нагрузку ступенчато повышали и на каждой ступени образец нагружали чис,лом циклов 107. Лишь при нагрузке

7 МПа рост трещины возобновился, т.е. было установлено, что трещиностойкость образца с применением предлагаемого способа торможения усталостных трещин повышается примерно в два раза. Скорость роста трещины при больших нагрузках была заметно ниже, чем в образцах без канала с заполнителем.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить надежность и живучесть ответственных конструкций, в которых при эксплуатации возможны зарождение и рост усталост,ых трещин. Наряду с торможением трещин и продлением срока службы деталей представляется возможность реализации системы сигнализации о появле.нии трещин во время эксплуатации, что позволит предотвращать поломку ответственных деталей и аварийный выход из строя агрегатов в целом.

Затраты на изготовление каналов с заполнителем трещины и систем сигнализации с появлением трещин окупаются за счет увеличения срока службы деталей, снижения расходов на периодический осмотр деталей на предмет выявления усталостных трещин и потерь от аварийного выхода из строя машин и оборудования.

Фо рмул а из об р е те ни я

Способ торможения роста усталостных трещин в детали, включающий создание напряжений в материале границ трешины путем подачи в нее заполнителя, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы детали, в ней выполняют канал параллельно направлению действия максимальной нагрузки, через который в по-, лость трещины подают под давлением самозатвердевающий заполнитель.

154482l

1544821.аЕ йМ а хогвуд юо э ЮБКУ

Составитель Т,Родина

Техред JI.олийнык Корректор И.Эрдейи

Редактор В.Данко

Заказ 472 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

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