Способ торможения трещин в металлических изделиях

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК р 4 С 2 ЕН и научт п к во СС . 1980 СССР198 ЩИН с к обл брабо ьзова е тон етени и нокохеме скорости понах его возрежим охлажющий необхоещины в образ зыв е периодически вершины трещиохлаждения К опя действия в ней луатационной нах предел текучесРазмер области ределяют из услов напряжении от экс зк евышаю нала:1 К- ( -21 и м ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБР ТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Всесоюзный межотраслено-исследоват ельский инстизашите металлов от коррози(54) СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ТРЕ ТАЛЛИЧЕСКИХ "ИЗДЕЛИЯХ(5 7) Изобретение относитсядеформаци они о-т ермич ес кой металлов и может бьггь испо в машиностроении при ремон стенных изделий. Цель изоб Изобретение относится к деформационно-термической обработки металлов и может быгь использовано в машиностроении при ремонте тонкостенных изделий.йЦель изобретения - расширение технологических возможностей путем торможения внутренних трещин, а также трещин, образующихся при статических нагрузках.Сущность изобретения заключается в том, что испьггывают эталонные образцы из того же материала, что и изделие, в тех же условиях, что и условия их эксплуатации, интенсивно охлаждают материал у вершины трещиЯО 147593 расширение технологических возможностей путем торможения внутренних трещин, а так же трещин, образующихся при статических нагрузках. Испытывают эталонные образцы из материалаизделия, интенсивно охлаждают материал у вершины трещины при разных режимах охлаждения, устанавливают режим охлаждения, вызывающий необходимую задержку роста трещины в образцах, и при этом режиме периодически охлаждают материал у. вершины трещины в изделии. Охлаждение материала проводят в локальной зоне у вершины трещины, размер которой устанавливают из условий нагружения изделия, а периодичность охлаждения определяют по времени прорастания трещины через зону действия остаточных сжимающих . напряжений, возникаюедх после охпажденйя. 2 ил. ны при разных режидачи хладагента и вдействия, устанавлидения материала, вьдимую задержку росцах, и при этом режи охлаждают материал ны в изделии.(дефекта);У - поправочная Функция геометрии изделияЬ- предел текучестиматериала при температуре эксплуатации изделия,К =ЬЛ 4 У - коэФФициент интенсивности напряженийв изделии.Во время интенсивного охлаждения 15 материала у вершины трещины в изделии, находящемся под нагрузкой, происходит термическое сокращение материала в локальной зоне у вершины трещины. За счет того, что материал 20 на некотором удалении от этой зоны практически не деформируется при быстром охлаждении; в локальной зоне он подвергается. растяжению, Это вызывает увеличение радиуса вершины 25 трещины и появление непосредственно у нее растягивающих напряжений. После прекращения охлаждения в материале перед вершиной трещины возникают остаточные сжимающие напряже ния. Эти два Фактора приводят к торможению процесса роста трещины или полной его остановке. При увеличении интенсивности охлаждения этот эффект возрастает. Однако по мере увеличения возникающих при охпаждении растягивающих напряжений (с учетом действия напряжений от рабочей нагрузки) и приближения их к предельному напряжению происходит значительное повреждение материала перед вершиной трещины, состоящее в исчерпа" нии его способности к дальнейшему пластическому деформированию. Это в свою очередь приводит к увеличению скорости разрушения после некоторой его задержки, Возрастает вероятность срыва трещины и увеличения ее длины. Поэтому можно найти режим, обеспечивающий необходимую задержку роста трещины, в интервале возможных режимов охлалдения. Повторяя эту операцию периодически по мере пророста трещины через локальную деформированную зону, можно значительно повысить долговечность изделия.П р и м е р. Предлагаемый способ бып реализован на серийной установке АИМА-2. Испьпания проводились в условиях длительного статического нагружения на воздухе при 923 К. Использованы плоские образцы из стали Х 18 НОТ размером 220" 30" 1,4 мм. Исходный острый центральный .надрез с радиусом вершины менее 0,08 мм создавали электроэрозионным методом в ср ед ней час ти обр аз ца. Дли на над р еза 12 мм. Слежение за ростом трещины осуществляли с помощью микроскопа МБС"1 с точностью до. 0,015 мм; а также метода разности электрических потенциалов. На стадии стабильного роста трещины, когда по.следняя выходила из-под влияния исходного надр еза, производили инт енси вное охлаждение материала вершины трещины путем подачи к ней жидкого азота из сосуда Дьюара под давлением по медным трубкам с внутренним диаметром 2 мм, Диаметр трубок выбирался исходя из равенства размера охлаждае-. мой зоны у вершины трещины размеру зоны пластической деФормации Й,Скорость подачи азота меняли варьируя силу тока через нагреватель испарителя, находящегося .в сосуде Дьюара, Время охлаждения измеряли секундомером, Все это время после охлаждения трещина не развивалась, а затем начинался ее медленный рост, Для количеетвенного измерения влияния охлаждения определялось время торможения трещины Тза которое скорость роста становится равной своему значению перед охлаждением. Результаты экспериментальных исследованийданы на Фиг. 1, 2,На Фиг.1 представлены результатыиспытаний образцов в виде зависимости времени торможения трещины Тот напряжения на испарителе 1, Вре;мя охлаждения составляло 15 с. Напряжение в сечении образца с трещиной равно 120 МПа. По мере увеличения скорости подачи жидкого азота,которая пропорциональна напряженю0, возрастает время торможения трещины.На Фиг.2 представлены результаты.испытаний образца (одного) в виде зависимости времени торможения трещины Т от различных значений напря. -жения в нетто-сечении ЬВ этомслучае время охлаждения 15 с, напряжение на испарителе 27 В. Максимальный эффект от охлаждения наблюдалсяпри напряжении Ь, = 120 МПа. Принапряжениях больших чем 120 ИПа для данного режима охлаждения происходит значительное повреждение материала, сопровождающееся подростом трещины во время охлаждения, что и сокращает время торможения трещины. Это означает, что один и тот же режим охлаждения по-разному влияет на поведение изделия.с трещиной при разных условиях нагружения. Поэтому существует и.может быть определен оптический режим охлаждения для любой необходимой (заданной) задержки роста трещиныТаким образом, данный способ позволяет производить необходимую (заданную) задержку роста трещины в металлических тонкостенных иэделиях, что позволяет существенно увеличить период межремонтной эксплуатации.По сравнению с известным предложенный способ имеет следующие преимущества: возможность задержки рос-. та произвольно ориентированных трещиноподобных дефектов, -включая внутренние, использование для конструкций, работающих не только в условиях циклической изменяющейся нагрузки, но и при статическом нагружении,формула из обр ет енияСпособ торможения трещин в металлических изделиях преимущественно .тонкостенных и эксплуатируемых при высоких температурах, включающий создание остаточных напряжений в ма-.где 6 - номинальные напряжения",1 - размер трещины;У - поправочная функция г еометрии изделия;Ьо - предел текучести материала изделия при температуре эксплуатации,,и определяют время и интенсивностьохлаждения до остановки трещины, аостаточные напряжения в материалеизделия перед вершиной трещины соз 30дают путем охлаждения вершины трещины при найденных на эталонных образцах параметрах размера эоны, времени и интенсивности охлаждения,причем охлаждение осуществляют периодически с периодом, равным времеЗ 5 ни прорастания трещин через зонудействия остаточных сжиманщих напряжений, возникших после очередногоохлаждения . 20 териале изделия перед вершиной трещины, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения технологи ческих возможностей путем торможения внутренних трещин, а также трещин, образующихся при статическихнагрузках, предварительно изготавливают эталонные образцы иэ материа ла изделия с трещинами, подвергаютих нагружению, идентичному при эксплуатации изделия, затем с помощьюжидкого азота охлаждают зону у вершины трещины размером15Е: )/2 Т 1 ЙП ) Т/бо )1,1475937 Составитель А. КулеминТехред Л,Олийнык Корректор М. Васильев М. Недолуженк роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагари аказ 2123/23 Тираж 531 НИИПИ Государственного комитета по и113035, Москва, Ж,Подписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., д. 4/5