Способ изготовления образца с трещиной

(19) ц 5 601 й 3/32 ОПИС ТЕНИЯ ти выращивания малых не только йных, но и криволинейных на пообраэца трещин без изменения чных сечений путем ликвидации ких приемов образования кона, Новым в способе является то, образованием концентратора в оздают сжимающие напряжения сжатия в области упругой дефорбразование концентратора осупри этих напряжениях путем я материала на поверхности облинии, соответствующей форме ил. хностного слоя, Вырастить трещину малой глубины сложно, так как трещина выращивается от геометрического концентратора напряжений (обычно в виде надреза), который сам уже имеет значительные размеры, а трещина зарождается в вершине концентратора. Для получения трещины малой глубины требуется удаление некоторой ширины образца, большей, чем глубина концентратора напряжений,. Но при ширине детали, близкой к минимальным размерам образца в соответствии с требованием стандарта (например, ГОСТ 25506 - 85), умен ьшение ширины образца недопустимо, В этих условиях затруднено изготовление образца с трещиной постоянной глубины вдоль ее фронта, поскольку на поверхности и внутри него условия для роста трещины характеризуются различными напряженными состояниями, Получение трещины малой глубины и любой наперед заданной ориентации по известному способу для образцов ограниГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Волгоградский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1147948, кл. О 01 К 3/00, 1983.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦА СТРЕЩИНОЙ(57) Изобретение относится к исследованиюпрочностных свойств материалов и направлено на снижение трудоемкости и повышеИзобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к способам изготовления образца с трещиной.Известен способ изготовления образца с трещиной, заключающийся в том, что в образце выполняют концентратор напряжений в виде надреза, циклически нагружают образец для выращивания усталостной трещины из вершины надреза, удаляют поверхностный слой, содержащий надрез, на толщину, большую глубины надреза, но меньшую, чем суммарная длина надреза с трещиной.Недостатком укаэанного способа является большая трудоемкость изготовления образца с трещиной. Для получения трещин ы малых размеров и постоя н ной глубины после циклического подращивания трещин образец снимают с испытательной машины и подвергают механической обработке на фрезерном станке с целью удаления поверние точнос прямолине верхности его попере механичес центратор что перед образце с путем его мации, а о щесталяа оплавлени разца по трещин. 3 1744578 А 155 ченной толщины практически невозможно, так как опять потребуется механическое удаление концентратора напряжений, связанное со съемом поверхностного слоя металла и приводящего к уменьшению ширины образца,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления образца с трещиной, заключающийся в том, что в образце выполняют концентратор напряжений в виде надреза, циклически нагружают образец для выращивания усталостной трещины из вершины надреза на толщину, большую глубины надреза, но меньшую, чем суммарная длина надреза с трегциной. повторно нагружают образец после удаления поверхностного слоя до выравнивания фронта трещины и вновь удаляют поверхностный слой материала на толщину, меньшую длины трещины,Указанный способ трудоемок, так как необходимо многократно удалять поверхностный слой, содержащий надрез. В соответствии с условиями испытаний образцов на трещиностойкость необходимо испытывать образцы шириной, равной толщине изделия, В этом случае нельзя удалять поверхностный слой, а следовательно, нельзя изготовить трещину постоянной малой глубины по указанному способу,Целью изобретения является снижение трудоемкости и повышение точности выращивания не только прямолинейных, но и криволинейных на поверхности образца трещин без изменения его поперечных сечений путем ликвидации механических приемов образования концентратора.Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления трещины, заключающемуся в том, что на поверхности образца материала создают концентратор напряжений и формируют трещину циклическим нагружением его в поперечном направлении с образованием растягивающих напряжений в зоне концентратора, перед образованием концентратора в образце создают сжимающие напряжения путем нагружения его в области упругой деформации, образование концентратора осуществляют при этих напряжениях путем оплавления материала на поверхности образца по линии, соответствующей форме трещины,Получение поверхностной трещины по предлагаемому способу исключает удаление поверхностного слоя образца на толщину, большую глубины надреза, путем механической обработки, что существенно снижает трудоемкость, Однообразность концентратора напряжений по всей длине трещины охрупченного материала на одинаковую глубину обеспечивает одновременные и при одинаковых напряженных состояниях начальные условия роста трещины, Предварительное нагружение в области уп ругих деформаций, до операции оплавленияповерхности металла, обеспечивает дополнительный эффект создания сжимающих напряжений в оплавляемой зоне.На фиг. 1 изображена схема нагружения 10 образца; на фиг, 2 - схема оплавления поверхности сжатого образца по контуру будущей трещины; на фиг. 3 - схема циклического нагружения образца.Способ осуществляют следующим об разом.Образец 1 нагружают путем сжатия вобласти упругой деформации в зоне создания трещины 2. Создают внутренний концентратор 3 напряжений путем локального 20 оплавления поверхности образца 1, например, электрическим током по контуру 4, соответствующему ориентации создаваемой трещины 2. Разгружают образец 1, циклически нагружают образец 1 растягивающими 25 напряжениями в зоне концентратора длявыращивания усталостной трещины 2 от созданного внутреннего концентратора 3 напряжений, Суммирование растягивающих напряжений в зоне концентратора с остаточ ными напряжениями, возникающими припредварительном упругом сжатии и оплавлении поверхности в результате проведенной обработки, обеспечивает образование начальной трещины постоянной глубины, 35 соответствующей толщине охрупченногопри оплавлении слоя сплава..П р и м е р, Призматический образец ссечением 15 х 15 х 75 мм изготавливают из титанового сплава ПТ-ЗВ в состоянии постав ки из листа толщиной 15 мм. Нагружениеосуществляют путем упругого сжатия образца на испытательной машине ГМСнагрузки 131 кН вдоль геометрической оси образца, При этом достигаются напряже ния, равные 0,75 предела текучести (то 2 материала образца, Создают на поверхности образца линейный концентратор напряжений путем оплавления поверхности электрическим током с помощью электродов, 50 один из которых подключают к образцу спомощью зажима, второй с игольчатым вольфрамовым наконечником радиусом 0,2 мм используют для локального оплавленияповерхности при контакте электрода с поверхностью образца. Нагрев осуществляют от источника переменного тока промышленной частоты силой тока до 10 А.1744578 Получение трещины любой ориентации без изменения шириныоб аз аМинимальный размер длины трещины,мм 0,7 2,6 0,250,5 ПредлагаемыйИзвестный ДаНетСпособ предусматривает удаление поверхностного слоя, что уменьшает ширинуоб аз а. Питание подается от сети напряжением 220 В через трансформатор на электрод с напряжением во вторичной обмотке 12 В,Перемещая электрод, осуществляют локальный нагрев по контуру, соответствующему ориентации создаваемой трещины, Отключают источник питания.Разгружают образец, Усталостную трещину выращивают на испытательной машине для циклических нагружений ГМС. Минимальная глубина трещин соответствует толщине охрупченного слоя при поверхностном оплавлении, Минимальная глубина трещин составляет 0,25 мм,Преимущества предлагаемого способа по сравнению с известными приведены в таблице.Предлагаемый способ позволяет снизить трудоемкость получения трещины в несколько раз, при этом не изменяется ширина образца, так как отпадает операция удаления поверхностных слоев металла, достигается возможность получения меньшей (в 2 раза) глубины, причем возможно задание трещины любой ориентации. В известных способах это сделать практически сложно с помощью механической обработки, где потребуется сложное и дорогостоящее оборудование.Формула изобретения 5 Способ изготовления образца с трещиной, заключающийся в том, что на поверхности образца материала образуют концентратор напряжений и формируют трещину циклическим нагружением его в 10 поперечном направлении с образованиемрастягивающих напряжений в зоне концентратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения трудоемкости и повышения точности выращивания малых не только 15 прямолинейных, но и криволинейных на поверхности образца трещин без изменения его поперечных сечений путем ликвидации механических приемов образования концентратора, перед образованием концент ратора в образце создают сжимающиенапряжения путем нагружения его в области упругой деформации, а образование концентратора осуществляют при этих напряжениях путем оплавления материала на 25 поверхности образца по линии, соответствующей форме трещины.1744578 9 г ." 0 оставитель В.Водопьяновехред М,Моргентал КоРРектоР Н,Ревска Редактор А,Лежнин аказ 2192 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1