ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экспериментальные методы и их критический анализ из "Термическая усталость металлов " Большое количество факторов, влияющих на начало локального разрушения материала под влиянием термической усталости, не позволяет разработать универсальной экспериментальной методики, результаты которой были бы адекватны явлениям, имеющим место в действительных условиях. [c.68] При анализе условий нагружения следует подвергать тщательной оценке термические условия работы оборудования характер температурного градиента в сечении, теплопередачу, термическое расширение. а также длительность термических нагрузок и их повторяемость. Может оказаться, что локальная концентрация температуры в поверхностном слое настолько высока, что уже в тонком слое она приводит к росту зерна или даже расплавлению материала. В случае деталей больших сечений, нельзя забывать о внутренних напряжениях. Подробного анализа требует геометрическая ( рма работающей детали, состояние рабочих поверхностей, а также наличие геометрических и структурных микронадрезов в приповерхностной области. [c.68] Следующим фактором является выбор способа нагрева и охлаждения. Не следует при этом забывать проблемы коррозии поверхностного слоя и влияния геометрических факторов и структурных приповерхностных надрезов. [c.69] Можно применять также и другие критерии, такие, как максимальная глубина трещин и их интенсивность. Очевидно, что при фактическом нагружении деталей значение прюзденных критериев неодинаково. [c.69] Учитывая стремление к повторяемости экспериментов, а также возможность воспроизводимости в различных лабораториях, наблюдается тенденция к применению образцов определенной геометрии, нагреваемых током большой силы. [c.70] В работах [24,25] для исследования термической усталости использовали тонкостенные цилиндрические образцы с толщиной стенки 0,5-3 мм. Минимальная толщина стенки необходима для уменьшения температурного градиента по сечению, хотя толстостенные образцы дают лучшую воспроизводимость результатов. Образец закрепляют в жестком захвате, который ограничивает его осевое перемещение. Схема закрепления образца приведена на рис. 51. [c.70] Блок регулирования температуры состоит из программируемого устройства, системы обратной связи и регулятора. Температурный диапазон исследований и его регулирование завись от заданной программы. Схема нагрева образцов пртедена на рис. 52. Температуру образца можно контролировать с помощью термопары, приваренной к его поверхности. Однако это может ухудшить сопротивление термической усталости из-за возможного зарождения трещины в месте сварки. [c.71] На описанном стенде нагрузку, температуру и деформацию можно регистрировать в функции от времени. Образцы в соответствии с заданной программой нагружают до момента появления трещины Обычно за разрушение принимают такое состояние, при котором развивающаяся трещина занимает примерно половину поверхности. Однозначное определение момента разрушения образца после нескольких сот циклов и связанными с ними поверхностными изменениями очень затруднительно. Для нагрева можно также применять индукционный способ, при котором индуктор помещают близко от поверхности, но при этом возникает градиент температуры по сечению и практически отсутствует доступ к поверхности образца, тогда как для измерения деформации и температуры некоторые датчики должны быть расположены на поверхности образца. [c.71] В работе [146] приведены результаты исследований и анализ механизмов разрушения кольцевых элементов под влиянием циклических термических ударов. При разработке экспериментов приняты следующие допущения сохранение геометрического подобия образцов и исследуемых деталей подобные изменения температуры в сечении во время нагрева, а также во время охлаждения. Следовательно, соблюдается подобие размеров образца и формы, а также температурных изменений, что является основным условием аналогии явлений, протекающих во время эксперимента и при фактических процессах. [c.73] С помощью приведенного способа для каждой исследуемой партии было выполнено по 200, 400 и 600 циклов термических ударов. Исследования были выполнены на образцах одной и той же плавки, изготовленных идентичным способом, что позволяет наблюдать изменения структуры в различных областях сечения. Образцы разрезали таким образом, чтобы получить материал для структурных исследований и определения механических свойств в зонах образца, расположенных на различном расстоянии от нагреваемой поверхности. [c.75] Относительно простым методом исследования термической усталости является нагрев образцов в печи, температура которой выше рабочей температуры моделируемой детали. Однако для этого требуется специальная нагревательная печь. Недостатком метода является небольшая точность измерения температуры образца, а также невозможность контроля температуры по сечению и влияние окисляющего воздействия атмосферы на зарождение микротрещин. [c.75] Другие применяемые методы исследования процесса термической усталости являются модификацией или разновидностью методов, используемых в настоящее время. К одному из них можно отнести нагрев электросопротивлением цилиндрического образца, охлаждаемого водой [117]. Схема такой установки приведена на рис. 57. Изготовление установки не очень сложно, однако не трудно заметить, что температурный градиент в цилиндрическом образце может быть большим, что не обеспечивает воспроизводимости условий нагружения. Кроме того, после нескйльких десятков циклов на наружной поверхности обраяуется оксидная пленка, которая изменяет условия теплопередачи. Схема установки для проведения исследований с помощью модифицированного образца Коффина приведена на рис 58. [c.76] Другой метод заключается в нагреве образцов, закрепленных на круглом диске, приводимом во вращение от пневматического двигателя. Учитывая влиятк горелки, можно применять и индукционный нагрев. Авторы работы (105] по окружности диска помещали шесть призматических образцов. Ротор с образцами вращался и останавливался в шести положениях. В одном положении ротора происходил нагрев образца, в остальных - охлаждение потоком сжатого воздуха. Схема установки для исследования термической усталости образцов, закрепленных на роторе, представлена на рис. 60, а изменение температуры в цикле исследования — на рис. 61. испытания проводили до момента обнаружения первой трещины и затем наблюдали ее развитие. [c.77] Анализируя различные методы испытаний, следует вспомнить и о методе, описанном в работе [132], где применяли трубчатые образцы с наружным и внутренним диаметрами 13 и 12 мм, используя злектронагрев. Схема устройства представлена на рис.. 63. Нагружение можно регистрировать двумя способами. Первый состоит в определении деформации колонн установки с помощью микрометра. Во втором способе применяю тензометрические датчики, наклеенные на несущие колонны. [c.79] Другой вариант этой установки позволяет нагружать образцы во время нагрева с помощью рычажной системы. [c.79] На подобном принципе была создана установка, приведенная на рис. 64. Цилиндрические образцы, находящиеся под постоянной нагрузкой 1 МПа, нагревали электрическим током до температуры 1273 К и охлаждали потоком воздуха с помощью воздуходувки, обеспечивающей равномерное снижение температуры [168]. [c.79] Вернуться к основной статье