ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Шаг усталостной бороздки как фрактографическая характеристика микроскопической скорости роста трещины из "Количественная фрактография " Исследования изломов крупногабаритных деталей из сплавов Д1Т и АВТ показали, что между зонами псевдобо-роздчатого рельефа излома и бороздчатого рельефа существует переходный участок в развитии трещины. Он характеризуется тем, что в отдельных зонах излома на фасетках выявляются усталостные бороздки. Их шаг составляет несколько сотых долей микрометра. Исследования сплавов алюминия показали, что в переходной зоне может быть выявлен шаг бороздок вплоть до 25 нм. В направлении развития трещины его величина изменяется дискретно, а сами бороздки наблюдаются лишь в отдельных участках излома. [c.188] Альберт Н. М. Гринберг А. Красовский и др. [c.190] Таким образом, минимальная величина шага усталостных бороздок для различных сталей и сплавов соответствует величине в несколько сотен ангстрем. Устойчивое формирование одной усталостной бороздки за цикл отвечает шагу бороздки при А/С = Л и Д//ДЛ === В [244]. [c.191] Определение длительности роста усталостных трещин по данным фрактографии связано с установлением связи между величиной шага усталостных бороздок и приростом трещины в цикле нагружения. Прирост трещины может быть охарактеризован в процессе усталостных испытаний двумя способами программными испытаниями при изменении уровня номинальных напряжений с определенной периодичностью или регулярностью или испытаниями в стационарном режиме нагружения путем измерения приращения длин трещины за определенное число циклов нагружения с последующим расчетом скорости роста трещины (прирост трещины за цикл нагружения Д//АЛ ). [c.191] Программные испытания с использованием маркерных режимов показывают [163, 164, 112, 245 и др.], что на всех этапах роста трещины усталостные бороздки формируются в каждом цикле приложения нагрузок. Это явилось основанием для объяснения механизма формирования усталостных бороздок в каждом цикле приложения нагрузок [246]. [c.192] Наиболее парадоксальными являются результаты одновременного сопоставления величин б и M/AN при программных испытаниях и слежении за развитием трещины по боковой поверхности образца [163, 247, 248]. Программные испытания характеризуют формирование усталостных бороздок в каждом цикле приложения нагрузок, а слежение за развитием трещины по боковой поверхности образца свидетельствует об отсутствии связи. между б и AI/AN. [c.192] Неоднородность напряженного состояния вдоль фронта трещины обусловлена различием в напряженном состоянии материала. Наибольшее стеснение пластической деформации в середине образца приводит к тому, что трещины зарождаются и первоначально распространяются в срединных слоях материала. Задержка развития трещины вблизи боковых поверхностей образца приводит к тому, что начало движения трещины по боковой поверхности происходит при значительной длине ее в срединных слоях материала. В зависимости от неоднородности свойств материала и однородности условий нагружения образца эффекта макротуннелирования трещины может быть симметричным или асимметричным — опережение развития трещины по одной поверхности образца по сравнению с другой. Искривление трещины вследствие различия в стеснении пластической деформации может быть постоянным в направлении ее роста. В этом случае несовпадение измеряемой величины шага бороздок и величины AI/AN будет характеризоваться условием gv = onst 4 1. [c.193] Судить о соответствии числа усталостных бороздок, наблюдаемых в изломе, числу циклов переменной нагрузки можно только по прямому фиксированию местоположения фронта трещины на поверхности излома и последовательному пересчету числа усталостных бороздок между указанными положениями фронта трещины. [c.195] Продолжительность повторяющегося блока нагрузок составила 50 циклов. Записи осциллограмм показали, что на переходном режиме нагружения может быть потеряна информация об одном цикле нагружения. Испытания проведены на алюминиевых сплавах Д1Т, Д16Т, АВТ, АК6 и титановом сплаве ВТЗ-1. [c.196] Ширина линий усталости возрастает в направлении развития трещины, свидетельствуя об увеличении скорости роста трещины в результате приложения к образцу максимальной нагрузки. Первое пороговое значение шага усталостных бороздок, для которого Я = 1. соответствует первому наблюдаемому шагу усталостных бороздок. Применительно. к сплаву Д1Т (рис. 93) первый наблюдаемый шаг составил около 30 нм. Представленная фрактограмма свидетельствует о размерах шага 35, 47,5 и 57 нм. Следует признать, что устойчивое наблюдение усталостных бороздок во всех исследованных алюминиевых сплавах начинается при достижении величины их шага около 50 нм. Меньшие величины шага выявляются в отдельных зонах излома и не определяют основной механизм разрушения материала на всем фронте трещины. Наименьший шаг усталостных бороздок (25 нм) выявлен в сплаве АК6. Хотя в литературе при программных испытаниях описывают шаг усталостных бороздок в сплаве Д16Т вплоть до 15 нм, в опытах авторов данной книги минимальный шаг усталостных бороздок для указанного сплава составил 40 нм. Применительно к титановому сплаву ВТЗ-1 минимальный шаг усталостных бороз-док, начиная с которого выявлено соответствие циклов нагружения и шага бороздок, составил 30 нм. Необходимо подчеркнуть, что начиная с указанных значений минимального шага усталостных бороздок в изломе выявляли 25 или 24 усталостные бороздки, соответствующие 25 или 24 циклам нагружения. [c.197] Нарушение закономерности соответствия числа усталостных бороздок числу циклов приложения нагрузок происходит при формировании ямочного рельефа излома, отвечающего переходу к стадии нестабильного роста трещины. Из 25 циклов приложения нагрузки только часть циклов связана с механизмом подрастания трещины путем формирования усталостных бороздок, а часть циклов связана с нарушением сплошности материала по механизму роста и коалесценции пор с формированием ямок. Помимо этого следует указать на значительную неравномерность развития трещины из-за существенной роли включений в замедлении ее роста. Проходя мимо включений, усталостные бороздки искажают свою конфигурацию и уменьшают шаг, который быстро возрастает в каждом последующем цикле приложения нагрузки постоянного уровня. [c.199] Для титанового сплава ВТЗ-1 (с пластинчатой структурой) характерны описанные закономерности формирования усталостных бороздок в алюминиевых сплавах. На переходных режимах не происходит торможения трещины только при достижении некоторого критического уровня напряжений, после которого в развитии трещины начинается переход от формирования псевдобороздчатой зоны к формированию усталостных бороздок (рис. 94). Следует отметить, что наличие пластинчатой структуры металла не оказывает существенного влияния на закономерности формирования усталостных бороздок. В тех случаях, когда ориентировка пластин влияет на рост трещины, заметны искажения в конфигурации усталостных бороздок, образующих складку при переходе от одной пластинки к другой. [c.199] Особый интерес вызывают программные испытания, проводимые не на образцах, а на натурных конструкциях. Особенности испытаний конструкций методом маркерных режимов с последующей расшифровкой закономерностей роста трещины по результатам фрактографических исследований подробно рассмотрены в следующей главе. [c.199] На участке II (см. рис. 95) усталостные бороздки представляют собой площадку с мелкими прерывистыми линиями, напоминающими более мелкие усталостные бороздки, которая разделена впадинами (рис. [c.201] Вернуться к основной статье