ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Зарождение магистральных усталостных трещин из "Трещиностойкость металлов при циклическом нагружении " Зарождение магистральных усталостных трещин. Зарождение и развитие магистральных усталостных трещин исследовалось с использованием комбинированного метода, включающего в себя метод динамической петли гистерезиса, предусматривающий построение петли в координатах а —е (т — у), который позволяет фиксировать в процессе циклического нагружения энергию, необратимо рассеянную в материале за цикл (площадь петли гистерезиса), и неупругую деформацию за цикл (ширина петли гистерезиса), а также оптический метод,со стробоскопическим освещением, который позволяет наблюдать поверхностную картину трещин. [c.42] Блок-схема установки, использовавшейся в исследованиях при кручении, показана на рис. 24 [27, 1611. [c.42] Установка работает по резонансному принципу с прямым сило-возбуждением при симметричном цикле изменения напряжений. Сило-возбуждение осуществляется электроприводом, состоящим из двигателя постоянного тока 3, блока питания 2 и задатчика скорости вращения /. Электропривод имеет обратную связь по току и по скорости вращения вала и обеспечивает точность поддержания установленной частоты в пределах 3 %. Вращение от электродвигателя передается через упругую муфту 4, редуктор 5, гибкий валик 6 к центробежному вибратору 7. Крутящий момент оценивался по значению амплитуды отклонения светящейся риски, расположенЕюй на фланцах динамометра 9, которая измеряется с помощью микроскопа. Число циклов нагружения измерялось счетчиком II, который запускается включателем 10. Форма и размеры образцов, рабочая часть которых была идентична при кручении и растяжении — сжатии, показаны на рис. 25. Крутящий момент и соответствующие ему напряжения в образце 8 измерялись с использованием двух пар датчиков, наклеенных на динамометр под углом 45° к образующей и под углом 90° друг к другу. [c.42] В ходе эксперимента фотографировали петли гистерезиса с экрана осциллографа. Полученные в процессе испытаний фотографии подвергались обработке на инструментальном микроскопе. [c.44] Образцы нагружали с частотой 15—20 Гц при кручении и 36 Гц при растяжении — сжатии. [c.45] Если принять, что минимальная ширина динамической петли гистерезиса на экране осциллографа, которую можно достаточно точно замерять, составляет 0,5 мм, то при размахе электронного луча по горизонтали 25 мм, напряжении 450 МПа и = 2 МПа получим минимальное значение неупругой деформации — 5 10 мм/мм, что соответствует разрешающей способности метода при принятой реализации. В случае автоматизированного измерения сигнала можно реализовать более высокую разрешающую способность U44J. [c.45] Методика и оборудование для исследования неупругих деформаций по методу динамической петли гистерезиса, разработанному в ИПП АН УССР, и особенности проведения исследований, позволяющих обеспечить высокую точность результатов, подробно изложены в монографиях [144, 1521. [c.45] В ряде работ 118, 19] для исследования структурных изменений в металлах предлагается строить петли деформационного гистерезиса, когда по вертикальной и горизонтальной осям откладываются деформации в продольном и поперечном направлениях (растяжение — сжатие) и деформации в двух взаимно перпеняикулярных направлениях в условиях плоского напряженного состояния. Разработанная методика позволяет исследовать и петли деформационного гистерезиса. [c.45] Наблюдение за трещинами в процессе испытаний производилось с помощью оптического микроскопа 15 при увеличении до 100 раз с использованием стробоскопического освещения (см. рис. 24). В блок стробоскопического освещения входит синхронизатор 12, жестко связанный с валом двигателя, стробоскоп 13 и лампа 14. [c.45] Микроскоп имеет возможность перемещаться в горизонтальной плоскости вдоль оси образца и по дуге окружности в вертикальной плоскости, что позволяет вести наблюдения за трещинами по всей поверхности рабочей части образца. С помощью микроскопа длины трещины измерялись с точностью 0,014 мм. [c.45] Механическую обработку рабочей части образцов осуществлял в два этапа — черновая и чистовая обработка. [c.47] Черновая обработка состояла в снятии металла за несколько прон ходов с убывающей глубиной резания. За последний проход снимали слой материала толщиной не более 0,1 мм. Чистовую обработку рабочей части образцов производили по одной и той же техн логии путем обработки поверхности шлифовальной шкуркой различной зернистости и окончательной доводки полировочными пастами до шероховатости 10-го класса. [c.47] Внутреннее отверстие в тон костенных образцах выполняли за несколько проходов. Для по лучения отверстия высокого класса точности и ше 10ховато сти перед чистовым производили черновое развертывание. При пуск на чистовое развертывание составлял 0,025 мм. [c.47] В результате механической обработки возможен некоторый наклеп, минимальный размер ко торого обеспечивался тщательным выполнением перечисленных выше операций. [c.47] Испытания электрохимически полированных образцов с полностью снятым наклепанным слоем (отсутствие наклепанного слоя контролировали рентгеновским методом и путем измерения микро твердости), а также сплошных образцов не показали отклонений от об щих закономерностей зарождения усталостных трещин и иеупругого деформирования, приведенных ниже. [c.47] Наиболее интенсивно локальное пластическое деформирование при напряжениях выше предела выносливости происходит при кручении, в этом случае максимальные трещины размером 0,1 мм возникают на поверхности значительно раньше, чем при растяжении — ежа тии. [c.47] По результатам эксперимента построены кривые усталости /, соот-ветствующие долговечностям, когда усталостная трещина занимает больше половины периметра образца при ее распространении по дуге окружности или проходит всю рабочую часть образца при ее распространении вдоль образующей (рис. 26), На рисунке показаны также линии возникновения трещин максимального размера 0,1 мм (кривые 2). Как видно, долговечность образцов с трещинами, начиная от момента появления микротрещин размером 0,1 мм, составила не менее 90 % для стали 45 и не менее 75 % для стали I2XH3A. [c.47] Развитие трещин на гладких образцах при кручении имеет сложный характер, хотя можно отметить некоторые общие закономерности. Схемы кинетики развития трещин приведены в табл 5. [c.48] Длина первого участка меняется в зависимости от исходных свойств материала и приложенного к образцу напряжения. Наблюдается увеличение размера 2/ с ростом напряжений. [c.48] Для средних уровней напряжений с увеличением числа циклов нагружения при достижении определенной длины 21 1,0 мм для стали 45 и 2/ = 0,15 мм для стали 12ХНЗА) микротрещины сдвига отклоняются от своего первоначального направления и развиваются в плоскости действия максимальных нормальных напряжений. В этом диапазоне напряжений наблюдается еще одно изменение в характере распространения трещины, когда она снова переходит в плоскость действия максимальных касательных напряжений. Затем происходит окончательное разрушение образца. [c.49] Вернуться к основной статье