Способ торможения растущих трещин в металлических изделиях

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) И 538 С 21 0 8/О ГОСУДЦ СТВЕННЫй ПО ДЕЛАМ ИЗОБ Е ОМИТЕТ СССРИЙ И ОТКРЫТИИ йзн г аз(56) Авторское свидетельство СССР Ф 922162, кл. С 21 0 7/02, 1980.Авторское свидетельство СССР Р 397547, кл, С 21 0 7/10, 1971. (54) СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ РАСТУЩИХ ТРЕЩИН В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЯХ (57) Изобретение относится к упрочнению элементов металлических конструкций пластической деформацией, в частности к способам повышения остаточной долговечности и ресурса работы металлических изделий машиностроительной промышленности. Цель изобретения - повышение долговечности изде- лия путем увеличения времени задержо АВТОРСКОМУ СВИ кироста трещины. Способ позволяет получить максимально возможную задерж-.ку роста трещин в изделии вне зависимости от их размеров за счет того,что, предварительно на эталонных образцах определяют значение коэффициентаинтенсивности напряжений, соответствующее максимальному времени задержкироста трещины. Величину нагрузки пристатическом нагружении иэделия опре деляют с учетом длины имеющейся трещины из соотношения Р = К Р, /ст бах-1,Угде Рнагрузка пристатйческом нагружении; К- коэффициент интенсивности напряжений,соответствующий максимальному времени дЩзадержки роста трещины в эталонныхобразцах; Р - площадь поверхностибрутто-сечения изделия, перпендикулярнога действию рабочей нагрузки) 1 езз - Споловина длины растущей,в изделиитрещины; У, - известная для изделия Ефункция длины трещины.велИзобретение относится к области упрочнения элементов металлических конструкций пластической деформацией, в частности к способам повышения остаточной долговечности и ресурса работы металлических изделий машицостроительной промышленности.Цель изобретения - повышение долговечности изделия путем увеличениявремени задержки роста трещины.Сущность изобретения заключается в том что испытывают эталонные образцы из того же материала, что и изделие, в условиях его эксплуатации. В процессе испытаний прикладывают разные статические нагрузки Р выше перст. орвоначальной (рабочей) нагрузки и в направлении ее действия, т. е. осуществляют растягивающую перегрузку. На - ходят значение коэффициента интенсивности напряжений (КИН) по зависимостибар ст ОБр ч ОБр ОБрОБргде Р - нагрузка при статическомСт,сьрнагружении образца;Ро, - площадь поверхности брутто-сечения образца;21- длина трещины в образце;У, - известная для эталонногообразца функция длинытрещины.Далее определяют соответствующие этим КИН времена задержки роста трещины. Находят значение КИН К", соответствующее максимальному времени задержки, Статическую чагрузку Р, , которую прикладывают к изделию в направлении рабочей, определяют из условия равенства КИН в эталонном об. разце и изделии, т.е. К,д = К"Рстд .хности брутто.-сечения изделия; 21-а - длина трещины в изделии; У - известная для конкретного изделия функция длины трещины.Во время кратковременного повышения нагрузки выше эксплуатационной происходит увеличение радиуса вершины исходных технологических дефектов типа трещин, а также трещин, образовавшихся во время эксплуатации изделия. Продеформированный при этом мастериал перед вершиной трещины находится под действием остаточных скимающих напряжений. Эти два явления приводят к торможению процесса роста трещин или полной их остановке. При повышении уровня нагрузки этот эффект будет увеличиваться Однако по мере прибликения КИН при данном статическом нагруксции к вязкости разрушения происходит значительное повреждение материала перед вершиной трещины, состоящее в исчерпании его способнос ти к дальнейшему цластическсму деформировацию, Это приводит к увеличению скорости процесса разрушения после некоторой его задержки. Возрастает вероятность срыва трещины и увеличе ния ее длины. Это доказывает существование максимума времени задержки роста трещины при значении КИН,меньшем вязкости разрушения.Таким образом, предлагаемый спо соб обеспечивает максимальную задержку роста трещины вне зависимости отее длины после приложения статическойнагрузки при дальнейшей эксплуатацииизделия. Повторяя данную операциюпериоцически по мере пророста трещинычерез локальнуо деформированную зону перед ее вершиной можно значительно повысить долговечность изделия,ЗО П р и м е р. Спосоо реализуют насерииной установке АИДА-2. Испытания проводят в условиях длительногостатического нагружения ца воздухепри температуре 923 К. ДЛя наблюде"ния за процессом распространения трещин используют плоские образцы изстали типа Х 18 Н 1 ОТ размером 220"30" 1 мм и типа Х 16 Н 15 МЗБ размером 106 кх 20,8 мч. Исходный острый централь цый надрез с радиусом вершины менее0,08 мм создают электроэрозионнымметодом в средней части образца. Длина надреза 10 мм для образцов из стали Х 18 Н 10 Т и 4 мм из стали Х 16 Н 15 МЗБСлежение за ростом трещины осуществляют с помощью микроскопа МБСсточностью до 0,015 мм и методом разности электрических потенциалов. Потенциальные контакты располагают на 50 берегах надреза вдоль осевой линииобразца.При достижении суммарной длинойтрещин, выросших из надреза, определенной величины (0,9 мм для образцов из Х 18 Н 10 Т и 0,7 мм из Х 16 Н 15 МЗБ)производят кратковременное увеличение нагрузки до необходимого уровня.В этот момент вершина растущей трещивлияния исходного1353833 давая в изделии в момент перегрузки напряженное состояние, характеризующее К, определенным с помощью образцов, получают наибольшее время торможения трещины., Нагрузка при этом определяется следующим образом: надреза, что определяется по изменению наклона кривой, отражающей зависимость скорости распространения трещины от коэффициента интенсивности напряжений. После уменьшения нагрузки до первоначального уровня она остается неизменной до конца испытания.Для регистрации нагрузки используют силоизмеритель в виде полого ци линдра с наклеенными на него тензоРс = К Рияд/-11.,д и,д датчиками, соединенными в мостовуюсхему, и двухкоординатный самописецПДП 4-002, Погрешность составляетменее 17 от величины нагрузки. Для определения влияния уровня перегрузки при статическом нагружении на тор Формула и з о б р е т е н и я нагрузки;1, - половина длины растущей визделии трещины;функция длины трещины дляНДконкретного изделия. 50 Кулеминс Корректор С,Черни Тираж 550 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Заказ 5985 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 можение растущих трещин испытания проводят во всем возможном диапазоне изменения КИН: от нуля, когда происходит стационарное испытание, до той величины, при которой достигается вязкость разрушения, т,е. имеющаяся трещина страгивается при максимальной чагрузке. Некоторое время после перегрузки трещина не двигается, после чего начинается ее медленный рост.Для количественной оценки влияния увеличения нагрузки введен параметр время торможения трещины Т, за кото - рое скорость роста становится равной своему значению перед перегрузкой. Результаты испытаний двух исследованных сталей можно представить в виде зависимости Т /Т, от К/К, где Т - время торможения трещины в случае перегрузки до уровня вязкости разрушения К,. Значения КИН рассчитывают по формуле К = Р,Т У/И Н, где Р - нагрузка; 1 - половина длины трещины;11 - ширина образца; Н - толщина образца. Максимальный эффект от перегрузки наблюдается при К = 0,65 К для образцов из стали Х 18 Н 10 Т и К=0,75 К для образцов из стали Х 16 Н 15 МЗБ, По сравнению с известным способом, время торможения увеличивается в 1,8 раза для стали Х 18 Н 10 Т и в 2,1 раза для стали Х 16 Н 15 МЗБ. СозСоставитель АРедактор В. Петраш Техред И,Вере Таким образом, способ позволяетпроизводить максимально возможную задержку роста трещин в металлическихизделиях, что увеличивает их долго 15 вечность. Способ торможения растущих трещин 20 в металлических изделиях. включающийсоздание локальной деформированнойзоны перед вершицой трещины с помощью приложения к изделию статическойнагрузки, совпадающей по направлению 25 с рабочей нагрузкой, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения долговечности изделия путем увели.чения времени задержки роста трещины,предварительно на эталонных образцах, 30 изготовленных из того же металла,что и изделие, определяют зависимостьвремени задержки роста трещины откоэффициента интенсивности напряжения при статической нагрузке, поэтой зависимости определяют значениекоэффициента интенсивности напряжения К , которое соответствует мака кссимальному времени задержки ростатрещины, а статическую нагрузку к из делию определяют по зависимости где Р . - площадь поверхности бруттоиД сечения изделия, перпецди 45 кулярного действию рабочей