Способ определения ресурса материалов

)5 Т И СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И(71) Нижегородский государственный педагогический институт им, М,Горького .(56) Стрельников В.П, Приложение теории марковских процессов к исследованию усталостной долговечности. Проблемы прочности, 1986. М 2, с,13-17.Авторское свидетельство СССР Мг 1322798, кл. 0 01 й 23/20, 1986.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА МАТЕ РИАЛА(57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для определения ресурса материалов в машиностроении. Цель изобретения - повышение надежности. Способ включает изготовление эталонного образца из матеИзобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использованодля определения ресурса материалов в машиностроении,Известен способ проведения испытаний на усталостную долговечность и обработки результатов с помощью метода сеток,Способ включает построение распределения усталостной долговечности по результатам испцтаний одного образца. В этомслучае оценка параметров распределенияпроводится по результатам измерений методом сеток средней микродефармации и еедисперсии.К недостаткам способа следует отнестинеобходимость нанесения сетки на поверх 2риала контролируемого изделия, его.усталостнце испытания вплоть. до разрушения, при которбм определяют число циклов Йр, .и рентнегографирование не менее чем в двух угловых интервалах. При этом рентгенографирование проводят на образце, вырезанном из испытанного эталонного вблизи излома со стороны, противоположной излому. По результатам рентгенографирования находят средние микродеформации е и их дисперсию О, их критические значения бакр, Окр, Находят максимальные значения этих величин Яр и Ор", производя рентгенографирование контролируемого образца в различных точках его поверхности. Затем иэ уравнения связи находят число циклов йь составляющих наработку образца, после чего оценивают вероятность разрушения и находят ресурс материала. 2 ил,ность образца, случайный выбор участка поверхности, на котором наносится сетка, а невозможность использования способа на деталях сложной конфигурации, Все это затрудняет практическое использование указанного способа в машиностроении,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения долговечности образцов и элемент конструкций, заключающийся в облучении поверхности образцов пучком рентгеновских лучей, определении дисперсии деформаций. По количественным значениям дисперсии микродеформаций определяют отработанный ресурс образца или детали при усталостных испытаниях, 1718068)бакрсмакс Ргде акр и Окр - критические значения средних микродеформаций и дисперсий, определяемых вблизи поверхности излома эталонного образца, разрушенного при числе циклов Ир,Аакс и Омакс - максимальные значения средних микродеформаций и дисперНедостатки способа состоят в необходимости последовательного облучения поверхности детали как минимум двумяпучками рентгеновских лучей с различнойдлиной волны, что приводит либо к удорожанию способа, либо к значительной трудоемкости, вызванной необходимостьюзамены источников рентгеновского излучения, ограниченном применении его ввидутого, что указанным способом возможно 10контролирование только тех участков поверхности, с которых предварительно известно, что они являются наиболее слабыми вконструкции, использование только одногопараметра контроля - дисперсии микродеформаций, хотя при усталости идет накопление средней деформации, не учитываетсявероятностная природа усталостного разрушения.Целью изобретения является повышение надежности,Цель достигается тем, что при неразрушающем контроле используются два параметра контроля: средняя микродеформацияи ее дисперсия. Укаэанные параметры позаоляют при определении ресурса материалов учесть как детерминированный характерусталостного разрушения, так и статистическую природу прочности металлических поликристаллических материалов и учесть, что 30зарождение трещины происходит в областях с максимально искаженной микроструктурой и в процессе активного ипассивного механического нагружения пластическая деформация по длине образца 35накапливается неоднородно, т.е. существуют области значительно различающиеся величиной средней деформации,Предлагаемый прием сканированияпучком рентгеновских лучей по всей поверхности образца, т.е. последовательного изменения положения облучаемой зоны,позволяет определить максимальные значения средней микродеформации и ее дисперсии для конкретного времени наработки 45при произвольной конфигурации контролируемого образца В предлагаемом способеиспользуется полученный экспериментально результат, вьраженный в виде уравнения связи: 50сии, определяемых .при последовательном перемещении облучаемой зоны по поверхности контролируемого образца после М циклов нагружения;а, Р - параметры, зависящие от различных факторов, в частности геометрии рентгеновской сьемки, обработки результатов измерений, материала и т.п. и определяются экспериментально.Оценку вероятности разрушения при определенном из уравнения (1) числе циклов й проводят по графику усталостного разрушения при данных бакр и Окр, График строится после испытаний эталонного образца по результатам численного интегрироаанйя функции плотности вероятн сти:Г - .да м1+а Тк о б к где Тк - число циклов негруженая, а.пределяемое произвольно, при данном Тк на графике; число циклов нагружения (Т) - вероятность разрушения Р (О Б Р100 ф ) получается одна точку, как правило к ф, например: Тк 1 х 10; 1 х 10 З; 1 х 104; 1 х 10; 1 х 106; и т.да - йр; Ир - число циклов до разруше- . ния эталонного образца;Иэ изложенного следует, что способ. определения ресурса материалов повышает надежность нераэрушающего контроля, так как все параметры контроля определяются по реальному состоянию на момент измерений, а включение оценки по вероятности разрушения отражает стохастическое поведение материалов при циклическом нагружен ии.На фиг 1 и 2 изображены экспериментальные и эмпирические зависимости, соответствующие формулам (1) и (2).На фиг,1 приведены результаты экспериментальной зависимости Омссс ас Рбщ т(Ы ) , нзобраксенные точкаОкремскс р ми и эмпирической зависимости-сплошная линия (формула 1), полученные при испытаниях сплава АМГ - 61; на фиг.2 приведена кривая вероятности разрушения сплава АМГ - 01 (формула 2) в зависимости от числа циклов нагружения,Способ реализуется в следующей последовательности.Сначала проводятся механические испытания эталонного образца, изготовленного из материала контролируемой детали, определяется число циклов до разрушения (Мр). После чего вырезается область излома, так, чтобы не повредить обьемы материала, прилегающие к поверхности излома, Затемпоследовательным шлифованием и химическим травлением утоняют образец с изломом до толщины, равной глубине максимального проникновения рентгеновского излучения, используемого в способе. Затем проводится рентгенографирование са стороны противоположной поверхности излома. Регистрируют дифракционные профили как минимум в двух угловых интервалах: в стороне меньших углов дифракции и в стороне больших углов дифракции. Определяют средние микродеформации е и дисперсию микродеформаций иэ формулф =8 О 1 цО, . (3) гдето - интегральное уширение дифракционной линии (определяется методом апроксимации или любым другим);О - дисперсия микродеформаций;9- центр тяжести дифракционного пика.Затем сравнивают полученные результаты, находят екр и Окр, как наибольшие экспериментальные значения. Полученные значения екр и Окр соответствуют одной дифракционной линии (а примере для сплава АМГ -61 использована линия /400/), по которой в последующем проводится рентгенографический контроль, Значения екр и Окр подставляют формулу (2) и методом численного интегрирования строят зависимость: вероятность разрушения (Р) - число циклов нагружения Ис (фиг.2). После этого проводятся ступенчато механические испытания эталонных образцов. После очередной ступени (т.е. числа циклов нагружения) проводится рентгенографирование, определяются максимальные значенияемакс и Омакс, для чего последовательно изменяется положение облучаемой зоны на образце и строится экспериментальная заО евисимость -( ) (фи" 1)Полученные результаты обрабатываются и определяются постоянные а и В в уравнении связи (1). Эти.результаты затем используются для определения ресурса материала, который включает нахождение из эмпирической зависимости (1) - число циклов,(пунктирная линия на фиг.1), и вероятности разрушения при найденном числе цйклов нагружения 81(пунктирная линия) по графику(фиг.2). Способ был проверен на алюминиевом сплаве АМГ, Испытыва. лись образцы, изготовленные в форме двойной лопатки,с размером рабочей части 250 х 30 х 10 (мм) на унИверсальной машине МУППУ. Рентгенографирование проводилось нв дифрактометре ДРОН.0 в медном (СцКю,г ) излучении, при напряжениина трубке 27 кВ и токе 14 мА. У окна трубкиустанавливались следующие щели; горизонтальная щель,5 мм, вертикальная - 12 мм5 и щель Соллера, Ширина окна детекторасоставляла 12 мм, горизонтальная щель -0,1 мм,После разрушения (Кр = 2 х 10 циклов)от одного из эталонных образцов отрезает 10 ся участок вблизи излома размером 30 х 10 х 2мм. Затем последовательным шлифованиеми химическим травлением в растворе НИОзи НС отрезанный участок утоняется до размеров,30 х 10 х 0,04 мм., После этого подго 15 товленный образец устанавливается вприставку дифрактометра ДРОН-.2.0. Проводилась рентгеносьемка. Регистрировались интерференционные максимумы/200/, /311/.и /400/ в режиме сканирова 20 ния по точкам, время выдержки в точке составляло 20-40 с По методикам,приведенным выше, определялись для каждой дифракционной линии средняя микродеформация и дисперсия, Наибольшие25 значения этих параметров наблюдались длялинии. /400/, которые и были выбраны вкачестве кРитических екр и О,р, ПолУченные значения подставлялись в формулу (2) истроился график (фиг,2), После этого прово 30 дились механическое испытание второгоэтапного образца до разрушения ступеня-.ми: 5 х 10; 5 х 10; 5 х 10; 8 х 10; числах циклов3и рентгенографирование после каждой ступени по приведенной схеме. Определяли35лОмакс и смакс. Строился график (фиг,1) и определялись коэффициенты а и ф уравнения (1): а = 0,63; /3 = 0,37. Затемпроводились испытания контролируемого40 образца, После числа циклов, равных 6 х 10испытания прервались, Образец устанавливался в дифрактометр. Рентгенографировался по описанной выше схеме. Поформуле (1) находилось число циклов, в дан 45 ном случае оно составило 5.05 х 10 циклов.5Полученное значение отличается от истинного на 167 ь. По графику (фиг.1) находиливероятность разрушения. Полччили. что причисле циклов нагружения 5.05 "10 вероят 5ность разрушения равняется 45 , а при истинном числе циклов нагружения 610, -550.Формула изобретенияСпособ определения ресурса материалов, включающий рентгенографированиеконтролируемого и эталонного образцов вусловиях усталостного нагружения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышениянадежности определения, устанавливаютчисло циклов до разрушения (йр), проводят1718068 едактор 0 рректор 0 ципле ип Заказ 875 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, 10 Я 40 ЗО Составит Техред М И. Куро ргентал