ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Дискретность шага бороздок из "Количественная фрактография " Исследования процесса усталостного разрушения металлов при различных параметрах цикла нагружения показывают, что на отдельных этапах развития трещины ее скорость (или) шаг усталостных бороздок могут оставаться постоянными. Из традиционно построенных кинетических кри вых в этих случаях видно, что измеряемый шаг усталостных бороздок и (или) скорость роста усталостной трещины не зависят от коэффициента интенсивности напряжений. [c.213] В общем случае зависимость шага усталостных бороздок от коэффициента интенсивности напряжений может быть трех типов (рис. 102). Первый тип характеризует рост трещины при значительном градиенте номинальных напряжений в оставшемся сечении образца в направлении роста трещины. Второй тип зависимости характеризует резкое увеличение шага усталостных бороздок в направлении роста трещины вблизи концентраторов напряжений и в переходных режимах после смены уровня напряжений. Третий тип соответствует сохранению постоянства величины шага усталостных бороздок на длине трещины при испытаниях с постоянным растягивающим усилием. Отсутствие зависимости шага усталостных бороздок от коэффициента интенсивности напряжений связывают с тем, что трещина развивается вдоль не всего фронта в отдельные рассматриваемые моменты времени, что приводит к формированию усталостных бороздок не в каждом цикле приложения нагрузки [244]. Этот вывод основывают на том, что фиксируемая скорость роста трещины возрастает на сравнимых длинах трещины. [c.213] Применительно к испытаниям сталей на усталюсть при различных частотах нагружения с коэффициентами асимметрии цикла нагружения 0,7 0,8 и 0,9 в атмосфере паров воды выявлены различные постоянные скорости роста трещины в при ороговоА области при изменяющемся коэффициенте интенсивности напряжений. Механизм сохранения постоянства скорос-бей роста трещины был объяснен с позиций водородного охрупчивания материала, а аномальное поведение в развитии трещины — отсутствие зависимости скорости роста трещины от коэффициента интенсивности напряжений — охарактеризовали как плато [269].. [c.214] Трещины Б диапазоне коэффициентов интенсивности напряжений 15—30 МПа-т/м- На основании указанных результатов эксперимента был сделал вывод о том, что формула Париса не может быть использована для их описания. Г. П. Карзовьщ и др. [274] предложена модель развития усталостной трещины с учетом дискретного ее продвижения. [c.215] Анализ приведенных выше немногочисленных работ, в которых выявлены постоянные величины скоростей роста трещины и (или) шага усталостных бороздок при возрастании длины трещины и (или) коэффициента интенсивности напряжений, показывает, что в ряде случаев осреднение экспериментальных данных позволяет не учитывать независимость скорости роста от коэффициента интенсивности напряжений. Осреднение соответствует ситуации, когда интервал коэффициентов интенсивности напряжений мал и получаемые постоянные скорости учитываются в соответствии с учетом традиционного разброса экспериментальных данных. Однако в большинстве исследований, особенно шага усталостных бороздок, неучет указанного явления при построении кинетической диаграммы приводит к необходимости рассматривать различные дискретные участки, не имеющие закономерной связи Между собой. [c.216] Если рассматривать постоянные величины скорости роста трещины и (или) шага усталостных бороздок как закономерность чередования скачков трещины в цикле нагружения, то можно провести их систематизацию через квант разрушения и универсальную постоянную А. Сохранение постоянства шага усталостных бороздок по длине трещины при возрастании коэффициента интенсивности напряжений позволяет рассматривать две ситуации либо шаг бороздок не зависит от коэффициента интенсивности напряжений либо его определение без учета чередования шага бороздок является неправомерным. [c.216] В работах [277—278 и др.] было проведено систематическое исследование закономерности появления различных величин шага усталостных бороздок на образцах и деталях из алюминиевых сплавов, разрушенных при различных условиях нагружения. С целью сопоставления результатов измерений шага бороздок использовали метод реплик при анализе изломов на просвечивающем электронном микроскопе с предельным разрешением Ю м, растровом электронном микроскопе КВИК-ЮО с разрешением 9 10 м и микроскопе S-800 с разрешением 2 10 м. Помимо этого анализировали результаты измерений шага усталостных бороздок на растровом электронном микроскопе ISM-35 с гарантированным разрешением 5 10 м, относящиеся к исследованию закономерности формирования рельефа излома при отрицательной асимметрии цикла нагружения. [c.217] Установлено, что измеряемые величины б, группируются относительно определенных уровней. Различие в средних значениях шага усталостных бороздок для каждой группы превышает в два и более раз предельное разрешение исследовательской аппаратуры. В различных испытаниях распределение шага усталостных бороздок по различным уровням не является строго закономерным — с ростом длины треш,ины выявляются уровни б,, чередующиеся между собой. Такое поведение металла, отражающее его способность тормозить усталостное разрушение, может быть следствием множества причин анизотропии свойств в направлении роста трещины нестационарности нагружения, вызывающего неравномерный рост трещины вдоль ее фронта различия остаточных напряжений на разных участках трещины после перехода от одного уровня внешних нагрузок к другому и т. д. Из данных рис. 93 видно, что в пределах блока приложения нагрузок каждым 25 циклам нагружения определенного уровня соответствует 25 циклов бороздок практически постоянного шага. Такие результаты показывают многочисленные измерения. Сопоставление величин 6, в соседних локальных участках также свидетельствует о том, что эти величины различаются, а в пределах рассматриваемых фасеток остаются практически постоянными Подобные наблюдения позволяют заключить, что в пределах нескольких десятков циклов нагружения с ростом длины трещины шаг усталостных бороздок остается постоянным. Далее необходимо установить, насколько значительной может быть длина трещины, на которой значение б/ остается постоянным. [c.217] Для получения представительного значения шага усталостных бороздок достаточно измерить группу из 10 бороздок, имеющих одинаковую ориентировку в плоскости излома. Такие измерения могут быть использованы для отыскания закономерности появления определенных значений б,-при росте усталостной трещины. Получаемая величина шага имеет на порядок большую точность по сравнению с точностью индивидуальных измерений одной из групп бороздок. Однако необходимо подчеркнуть, что группа измеряемых бороздок только тогда достоверно отражает индивидуальное их значение, когда в пределах этих бороздок индивидуальные значения остаются неизменными. [c.218] При переходе от пульсирующего цикла нагружения к отрицательной асимметрии наиболее характерным значением соотношения размеров предыдущего и последующего шагов усталостных бороздок является 0,82. Применительно к алюминиевым сплавам указанная величина близка к значению А /8— 0,825. Указанное соотношение может сохраняться на длине излома вплоть до нескольких миллиметров. [c.219] Обработка гистограмм распределений индивидуальных значений шага усталостных бороздок показывает, что одинаковые уровни чередования характерны для всех исследованных сплавов алюминия. Нет предпочтительных уровней для одного сплава по отношению к другому. Различны интервалы длины трещины при прочих равных условиях, которые характеризуют уровни чередования для различных сплавов. [c.219] В несквозной трещине распределение энергии вдоль фронта следует характеризовать отношением 1/с, как только трещина становится сквозной условия ее роста будут определяться соотношением (214). [c.221] Анализ экспериментальных данных о раскрытии вершины усталостной трещины при различной асимметрии цикла в образцах из алюминиевого сплава AU4G1-T3 [162] показывает, что в направлении роста трещины на отдельных интервалах длины, раскрытие остается постоянным (рис. 106). Происходит чередование величины раскрытия в вершине трещины. Раскрытие трещины пропорционально ее скорости при одноосном нагружении образца [279]. Следовательно, чередование скоростей роста трещины обеспечивается раскрытием трещины, которое зависит от процессов туннелирования трещины и остаточных напряжений, определяемых размером зоны пластической деформации. [c.221] НИИ значения 6, около 2 10 м (величины скачков y ta-лостной трещины рассматривали без их корректировки с учетом уровней чередования). По длине трещины на участке, где для обеих сравниваемых зависимостей сохраняется в среднем линейная зависимость шага усталостных бороздок, /г 2, что подтверждает теоретические представления о закономерности роста усталостных трещин. [c.228] При разных уровнях напряжения переход от линейного изменения шага бороздок к нелийному происходит на разной длине. Поэтому при сопоставлении шага усталостных бороздок на одинаковой длине для меньшего уровня на пряжений еще будет сохраняться линейный участок, тогда как для большего рост трещины будет характеризоваться уже нелинейным участком. Поэтому последующее по длине трещины соотношение характеризуется возрастающей величиной показателя стецени, приближающейся к 4, поскольку, начиная с некоторой длины трещины, происходит переход к нелинейным участкам для обеих сопоставляемых зависимостей. [c.228] Применительно к сплаву В95Тч проводили анализ показателя степени для нелинейного участка указанной зависимости, который характеризовали значениями шага усталостных бороздок более 2 10 м. Сравнение соседних кинетических кривых по изложенной выше методике показало, что среднее значение показателя степени по длине трещины для различных уровней напряжения в прямоугольном образце либо близко к 4, либо несколько больше этого значения. При этом обнаружена некоторая тенденция к увеличению среднего значения показателя степени п. Последнее объясняется тем, что в исследуемых образцах выращивали уголковые трещины. Номинальные напряжения 120, 140 и 180 МПа обеспечивали нелинейный рост трещины в преде- лах переходной зоны фронта трещины (переход от уголковой трещины к сквозной). Поэтому тенденция в изменении показателя степени может быть отнесена к не вполне корректному в данном случае допущению, что одной и той же длине трещины соответствует одинаковое значение поправочной функции на геометрию трещины. Каждой нагрузке в условиях меняющейся геометрии уголковой трещины соответствует свое значение поправочной функции, что характеризуется некоторым завышением среднего значения показателя степени в уравнении Париса, рассчитанном по изложенной выше методике. [c.228] Выявленные устойчивые связи между параметрами сигналов АЭ и закономерностью возрастания шага усталостных бороздок, а также смена характера накопления сигналов АЭ со сменой механизма роста усталостной трещины свидетельствуют о том, что сигналы АЭ от движения дислокаций (диссипация энергии путем пластической деформации) значительно меньше сигналов от формирования свободной поверхности (диссипации энергии путем микроразрушений, способствующих продвижению трещины). [c.231] Наиболее заметное ускорение накопления сигналов АЭ происходит в точке IV (см. рис. 108) и характеризуется для исследованных образцов из сплавов Д1Т и Д16Т интервалом шага усталостных бороздок (2,6- 3,2) 10 мм. Следовательно, наиболее заметное ускорение накопления сигналов АЭ соответствует началу нелинейного ускоренного увеличения скачка усталостной трещины в каждом цикле нагружения, т. е. при значениях б, близких к 65. Таким образом, выявленное резкое возрастание сигналов АЭ как характеристики смены механизма рассеяния энергии при росте усталостной трещины соответствует началу микроветвления усталостной трещины и увеличению площади свободной поверхности в цикле нагружения в результате скачкообразного увеличения размера микрозоны пластической деформации в вершине трещины. [c.231] результаты исследования изломов в образцах различной геометрии и толщины из разных алюминиевых сплавов после различных режимов нагружения показали, что при росте усталостной трещины в условиях плоской деформации одной из точек бифуркаций является достижение критического микроприращения трещины за цикл или порогового шага усталостйых бороздок, величина которого (с учетом корректировки уровней чередования) составляет 2,14 10 м независимо от типа сплава. [c.231] Вернуться к основной статье