Способ определения максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении

)5 601 МЗ/3 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ в апОтатчео 1 тетаз1 сгасКз,Москва, М еп 9 й ес 1 з о ВЦП,Указаннаяизвестном сподопустимого рродефекта в мгружении; эаисследуемоммикродефекто ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Производственное объединение "Урал(72) П.П,Карпов и В.В.Яков (56) МцтаКав У., Епдо ечаца 1 оп о 1 1 ат 9 це з 1 г . солтаипд чагоцз зп)а бе1983, 17, М 1, р,1 - 15,перевода Е,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМОГО РАЗМЕРА МИКРОД Е Ф ЕКТА В М ЕТАЛЛАХ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ(57) Изобретение относится к исследованию механических свойств металлов, в частности, к способам определения максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении, Цель изобретения - повышение производительИзобретение отйосится к области исследования механических свойств металлов, а именно к способам определения предельно допустимых размеров поверхностных микродефектов., не снижающих предел выносливости материала.Целью предлагаемого нами способа является снижение трудоемкости процесса путем уменьшения длительности испытаний./цель достигается тем, что в собе определения предельно азмера поверхностного мик- еталлах при циклическом наключающемся в том, что в металле увеличивают размеры в, образец металла с дефекности процесса за счет уменьшения длительности испытаний, Указанная цель достигается тем, что для экспериментов используют только один образец, на поверхность которого последовательно наносятся возрастающие по размеру отпечатки индентора твердости Виккерса и который после нанесения очередного отпечатка подвергается циклическому нагружению с амплитудой напряжения, равной пределу выносливости в течение количества циклов, соответствующего перегибу кривой усталости. Размер максимально допустимого дефекта определяется по формуле: ЧР, =Фр 9 р/Юл где ).р - площадь проекции дефекта, при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжений, Мр - число циклов до разрушения, й, - число циклов до достижения перегиба кривой усталости металла без дефекта,ом циклически нагружают и определяют лощадь проекции микродефекта, при котоом произошло усталостное разрушение, на лоскость действия максимальных напряжений и соответствующее ему число циклов нагружения, с учетом которых судят о максимально допустимом размере микродефекта, новым является то, чтоувеличение размеров микродефектов осуществляют последовательно на одном образце, циклическое нагружение осуществляют после каждого увеличения размера микродефекта при напряжении, равном пределу выносли, вости, числом циклов, соответствующем точке перегиЬа кривой усталости металла беэ дефекта, а размер максимально допустимого микродефекта определяют по следующему соотношению:- Яд дРгде Ер - площадь микродефекта, при котором произошло усталостное разрушение, наплоСкбсть действия максимальных напряжений,Ир. - число циклов до разрушения,Йл - число циклов до достижения перегиба кривой усталости металла без дефекта.:Ноцыдм является также то, что увеличение размеров микродефектов осуществляют с помощью индентора твердостиВиккерса,Сопоставительный анализ .с прототипом показал, таким образом, что заявляемый способ отличается от известноговышеперечисленными признаками, которые обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию"Новизна", .: 20Сопоставление предлагаемого технйческого решения не только с прототийом, но ис другими техническими решениями в данной и смежной областяхтехники показало,что принцип использования при испытани- .25ях только одного образца с применением.предлагаемых параметров режима испытаний (а= а 1; М = И), а также формула определения максимально допустимого размераповерхностного микродефекта в металлах 30при циклическом йагЕженииф дд1 11 фникогда ранее в технике не встречались, что.позволяет утверждать о соответствии предложенного решения критерию "Существенные отличия". В практике усталостных испытаний известно использование поэтапного нагружения одного. образца с целью определения предела выносливости, когда ой испытыва-ется в течение полной базы испытаний (10 . циклов) после каждого очередного повыше: ния ступенчато-возрастающего напряже ния, В данном случае роль добавочнойнагрузки выполняютискусственные микро- дефекты, а продолжительность испытания на каждом этапе значительно снижена и равна числу циклов до перегиба по кривой 50 усталости (для сталей обычно 1;3 миллио, нов циклов), С физической точки зрения такое ограничение обосновано, ибо усталостное разрушение может происходить обычно только в пределах этого периода Й, а в практическом отношении выгодно в связи со значительным сокращением общей длительности испытаний и уменьшением вероятности нежелательного проявления материалом эффекта "тренировки",Другим существенным отличием заявляемоготехнического решения является предложенная формула определения максимальноо допустимого размера поверхностного микродефекта, позволяющая установить его размер как промежуточный между размерами предпоследнего и последнего нанесенного дефекта с учетом долговечности образца на заключительном этапе нагружения, Вывод этой формулы основан на приблизительном постоянстве произведения о 19 1 ч для разрушаемых образцов одного и того же металла при обычных усталостных испытаниях и аналогии влияния на усталостную долговечность образца действующих напряжений при обычных испытаниях и создаваемых микродефектов в обсуждаемых испытаниях, . что позволяет использовать уравнение типа а 1 19 Йп = ар Ир, где др и йп соответственно напряжение и долговечность любого разрушенного образца, а затем для определения искомой величины lР, подобное по смыслу:уравнение l19 Кп = Ф К, где в отличие от предыдущего уравнения вместонапряжения использован размер микро- дефекта.Предлагаемый способ определения максимально допустимого размера микро- дефекта в металлах при циклическом нагружении был реализован следующим образом,Использовались стандартные образцы из стали 12 ГНЗМФАДДР и 35 Л (по одному на каждый сплав), При помощи твердомера Виккерса, а также путем вдавливания индентора статической нагрузки на испытательной машине типа ЦД 10/90 на поверхность образцов были нанесены (по одному на каждый) искусственные микродефекты в виде отпечатков индентора твердости со средним размером диагоналей 0,2 мм. Затем каждый образец подвергали знакопеременному изгибу с вращением на машине УБМ при напряжении, равном пределу выносливости бездефектного металла в течение числа циклов, соответствующего пределу выносливости. Для образца из стали 12 ГНЗМФДддР это составило 400 МПа и 1500000 циклов, для 35 Л -220 МПа и62 10 циклов, После этого испытания прервали, нанесли на образцы аналогичный дефект с размером диагоналей на 0,1 мм больше предыдущего и продолжили испытания при том же режиме нагружения. Подобным образом наносились следующие дефекты возрастающих размеров и прово1798656 Формула изобретения ВСоставитель И. НелюбинаТехред М,Моргентал Корректор С. Лисина Редактор.Заказ 766 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 дились нагружения образцов до их усталостного разрушения. Образец стали12 ГНЗМФАДДР разрушился от отпечаткасо средним размером диагоналей 0,502 ммпосле 1080000 циклов, Образец стали 35 Л - 5от отпечатков со средним значением диагоналей 1,02 мм после 1427000 циклов,Искомая /Евеличина определялась сучетом размерапоследнего отпечаткаи числа циклов нагружения Мр на заключительном этапе по формуле:;9,9 ИпИтак, для первого образца эта величинасоставила: 15- Ж,0255 1 ц 10800009 15000000,166,037 - 0,156 ( ),6,176Для второго образца: 20ф ЪО 1051 я 142700019 20000000,3246,154 - 0,317 мм).6,301Таким образом, преимуществами предлагаемого способа перед известными являются:1. Простота нанесения искусственныхмик родене кто в.2. Многократное снижение трудоемкости за счет сокращения продолжительностииспытаний.3. Снижение металлоемкости благодаряиспользованию всего лишь одного образцадля испытаний. .35Благодаря этому предлагаемое техническое решение может широко применяться в практике испытаний для болееобоснованной оценки и выбора конструкци онных материалов на основе устанавливаемого при этом критерия. 1. Способ определения максимально допустимого размера микродефекта в металлах при циклическом нагружении, заключающийся в том, что в исследуемом металле увеличивают размеры микродефектов, образец металла с микродефектом циклически нагружают и, определяют площадь проекции микродефекта, при которомпроизошло усталостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжейий и соответствующее ему число циклов нагружения, с учетом которых судят о максимально допустимом размере микродефекта, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения трудоемкости путем сникения длительности нагружения, увеличение размеров микродефектов осуществляют последовательно на одном образце, циклическое нагружение осуществляют после каждого увеличения размера микродефекта при напряжении, равном пределу выносливости, числом циклов, соответствующим точке перегиба кривой усталости металла беэ дефекта, а размер Ек максимально допустимого микродефекта определяют по следующему соотношению9 Ипгде Ер - площадь проекции микродефекта, при котором произошло усталостное разрушение, на плоскость действия максимальных напряжений,Ир - число циклов до разрушения, йп - число циклов до достижения перегиба кривой усталости металла без дефекта,2, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что увеличение размеров микродефектов осуществляют с помощью индентора твердости Виккерса,