Способ торможения роста усталостных трещин в металлических изделиях

(1 Ю 1111 А 1 Р 1) С 21 Р 8/00 Г ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЬ)Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ПИНТ СССР Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) М.сковс кцй двцдпс нный инс ти: утпм Сер о )лджоиз.зе(56) . зторское сгчл тельство СССР1" 1353833,. кл. С 21 П 8/1)0, 1986,вторское сппетельства ГГГР1 819193) кч Г 21 П 7 02, 1978.(57) Из, бр "тецие отоси ся к цеформаИз:бретение относится к де.срмационцой терлпцвской обработке металлов и может быть испопьзовдо в машиностросциц при ремонте изделий с трещцами, подвергающихся воздействию циклических нагрузокЦель изобретения - увеличение срока службы издепия,На фиг.1 приведен ооразец для внецентрового растяжения,вид спереди; на фиг.2 - то же, с нднесенйыми параллельно трещине отпечатк ками (известный способ);на фиг.3 - то же, с нанесенным перпендикулярно распространению трещины единственлым отпечатком; на фиг .4- то же, с отпечатками, нанесенными с помощью электронного луча; на фиг.5 траектория движения электронного луционной термиче.кой обработке металлов и может быть использовано в мапп -ностроеции при ремонте цзделистрещинами, подвергающихся воздействию пклических нагрузок. Цель изоб -ретения - увеличение срока службыизделия, Способ -включает определениенаправления развития трещинь и формирование локальных пластических деформаций й (отп ечд т ков) перпендикулярноно цдправпецию р звитця трещины цдрасстоянии (12) йг от ее вершиныи глуцой (0,51 г, шириной(12)бг и дпццой це менее 5 г. От -печатки (це мсцес трех) расп; гактпдрапл пьцс друг друу и ф 1 рлируют спомо 1 ьд электронного луча. 1 з.п.ф-пы, 7 ил. ча; цд фцг,б - блок- хелд устдцовкидля обработки образца эп ктроццымлучол; нд фиг,7 - графики здвцгилс -ти ск рости роста трещины в рдзндх при различных спос 1 бдх нанесения отпечатков.Сущность способа заключается и том, что в известном способе, включающем определение ндпрднпецця развития трещины и,формирование локальных пластических деформаций (отпечатков) в зоне расположения усталостной трещины, отпечаток формируют перпендикулярно направлению развития трещины на расстоянии (12)Лг от вершины трещины, глубиной (0,51)6 г, шириной (12)бг и длицсй по крайней мере 51)г, затем формируют35 7,иг.55 К р (29,65 - 185,5 -1017 + 638 )где Ъ(а+ 1)/В; 0,2 й 4 0,7параллельно первому отпечатку по меньшей мере еще два отпечатка на расстоянии (12)аг от первого и соответственно друг от друга, при этом каждый иэ них имеет такую же глубину, ширину и длину, что и первый отпечаток, причем Дг - размер зоны пластической деформации в вершине трещины. 10Кроме того, отпечатки формируют с и ом ощью эл ектр он ног о луч а, При этом режим нагрева должен обеспечивать превышение скорости отвода тепла по сравнению со скоростью подвода энергии ("мягкое" проплавление).На фиг,1-4 обозначены следующие позиции: образец 1 с геометрическими размерами В, Н и Г, отверстия 2 для приложения нагрузки, трещина 3 в образце 1, нанесенные отпечатки 4. На фиг .6 изображено: катод 5, управляющий электрод 6, анод 7, фокусирующая система 8, образец 9, привод 10 перемещения образца 1 и програм мный блок 11 управления.Катод 5 испускает электронный луч, интенсивность которого регулируется управляющим электродом 6 . Электронный луч в установке проходит мимо анода 7 и Фокусируется системой 8 на образце 9. Перемещениями образца 9 управляет привод 10, вход которого соединен с первым выходом программного блока 11 управления, второй выход которого подключен к управляющему электроду 6.На Фиг.7 обозначено: 12 - исходный образец без упрочнения (фиг.1), 13 - упрочненный ло известному спосо 40 бу,образец (фиг.2), 14 - улрочненный по первому варианту, образец (фиг,З), 15 - упрочненный, по второму варианту образец (фиг.4) .Способ осуществляется следующим образом.Определяют визуально направление развития трещины в образце. Одновременно, если известна прилагаемая нагрузка Г, а образец является стандартньм (Фиг. 1), определяют ко 50 эффициент интенсивности напряжений ло формуле После этого определяют величину пластической эоны б г в вершине трещины по формуле1 КДг = -- ( - -)ф (2)ф 02где б - предел текучести материала.Для практических целей, когда образец нестандартный или нагрузка Р не определена, можно принимать Дг 24 мм. После этого перпендикулярно направлению развития трещины и на расстоянии (12)Дг от вершины трещины Формируют первый отпечаток глубиной (О, 5 1) Дг, шириной (12)Ьг и длиной ло крайней мере 5 Ьг. Затем на расстоянии (12)Дг от первого отпечатка и соответственно друг от друга Формируют по меньшей мере еще два отпечатка с такими же геометрическими характеристиками, что и первый.Так как часто образец представляет собой сталь, то нанесение отпечатков методом вдавливания представляет собой значительные трудности. Поэтому предлагается наносить отпечатки с помощью электронного луча.Параметры отпечатков в предлагаемом способе (глубина, ширина и длина) подбирают экспериментально для различных образцов. Уменьшение глубины отпечатка менее 0,5 Дг и соответственно ширины менее Дг приводит в некоторых случаях к тому, что скорость роста трещины тормозится незначительно. Верхние границы глубины Дг и ширины 2 Ьг отпечатков выбраны из тех соображений, что на всех образцах с такими параметрами отпечатков наблюдается значительное торможение роста трещины. Дальнейшее увеличение глубины и ширины отпечатков практически не сказывается на скорости роста трещины.Нанесение отпечатков длиной менее 5 г приводит на некоторых образцах к тому, что трещина изменяет свое направление и обходит нанесеннее отпечатки. При этом торможение скорости роста трещины незначительноПри длине отпечатков более 5 г предлагае. мый способ упрочнения обеспечивает значительное торможение роста трещины на всех образцах.1П р и м е р. Образцы из стали ЗОХГСА с геометрическими характеристиками Н100 мм, В 120 мм,й 10 мм и а = 30 ммподнергант ннецентровому растяжениюс нагрузкой Г = 20000 Н. Пс сле появления трегрны часть образцов (5 вп .),упрочняют по известному способу,другую часть (3 шт.) образцов улрочняют путем нанесения одного отпечатка (форма отпечатка приведена наФиг,3) к часть образцов (5 ш 1.) упрочняют в соответствии с предлагаемым способом. Отпечатки наносят спомощью электронного луча: глубинаотпечатков 1-1,5 мм; ширина 3-4 мм,длина 14-16 мм; расстояние между отлеч,:,ткачи4 мм.Р. эупьтаты испьгганий приведенына фиг.7. Кяк видно из указанныхматериалов, упрочнение образцов в соответств ги предлагаемым способомобеспечивает более эФФективное торможенче ро 1 Га третичны,Устройство дпя нанссения отпечатков с . очощью электронного луча реализует предлагаемый способ следующимобразом. Оператор устан:,вливает образец и осуществляет начальнук Фокусировку луча с помощью регулировки тока фокусирования, При 1 ем Выбирается"мягккй режим нагрева, при которомскорость отвода тепла превышает скорость подвода энергии. Программныйблок 1 управления Формирует типовуютраекторию луча (Фиг .5 и 6 , показано пунктиром), которая обеспечиваетформирование необходимых отпечатков. Предлагаемый способ по сравнениюс известным позволяет значительноснизить скорость роста усталостныхтрещин эа счет нанесения отпечатков перпендикулярно направлению ра энития трещины, что приводит в конечном итоге к повышению ресурса конструкции(Фиг.6)Формула и эобр ет енияСпособ торможения р оста усталостных трещин в металлических изделиях, включающий определение направления развития трещины и формированиелокальных пластических отпечатков ввиде параллельных рядов в заданном 5 направлении по отношению к направлению развития трещины и ее вершины иимеющих заданные глубину, ширину идлину отпечатка, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения 20 срока службы иэделия, предварительно определяют размер зоны Ь г пластической деформации в вершине трещинпо выражению Ьг 1/27(К/ )где К: - коэффициент интенсйвности 25 напряжений и 60 предел текучестиматериала изделия, затем в одномряду отпечаток формируют перпендикулярно направлению развития трещины на расстоянии (1,2)дг от еевершины и глубиной (0,5-1,0)Аг, шириной (12)Ьг и длиной не менее5 Ьг, а другие ряды формируют из аналогичных отпечатков числом не менеедвух и расположенных от предыдущегоряда и друг от друга на расстоянии(12)Ь г2, Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что отпечатки формируют путем воздействия электронноголуча1654350 г 2 вицин Составн ель А. КулемиТехред Л. Кравчук актор Н л Патент телье ки 1 комо(н Производственно Заказ 1931 Тираж 39 НИИПИ Государстве ного комитет 113035, Иоскв, о изобретения35, Раушская орректор С. Шекма Подписноеи открытиям при ГКНТ СССР б д, 4/5 Ужгород, ул. Гагарина, 101