Способ испытания материалов на усталость

,1: о НИЕ ИЗОБРЕТЕН обных: 6ФсЪиФ Ы ЦЧ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР М 563597, кл. 0 01 й 3/32, 1975.(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА УСТАЛОСТЬ(57) Цель изобретения - упрощение способа путем исключения необходимости определения величины температур саморазогрева в процессе нагружения, Способ включает нагружение эталонного образца и испытуемого изделия до разрушения путем приложения к ним циклической возрастающей нагрузки и определение критической температуры их саморазогрева, с учетом которой судят об усталости испытуемого изделия; Аналогично основному нагружают дополниИзобретение относится к испытаниям материалов, в частности к определению усталости стальных изделий по температуре саморазогрева.Известен. способ испытания материалов на усталость, в котором измеряют температуру саморазогрева стальных образцов в процессе их циклического нагруженияИзвестен способ испытания материалов на усталость, который включает циклическое нагружение эталонного образца при периодически увеличивающихся нагрузках и его разрушение при заданном уровне напряжений, регистрацию при саморазогреве образца изменения его температуры и критического ее значения в момент разрушения, Температуру саморазогрева тельный эталонный образец, определяюти зависимости уровней относительных микро- искажений эталонных образцов от изменения нагрузок, нагружение испытуемого образца осуществляют нагрузкой, величина которой лежит на линейном участке указанной зависимости, определяют уровень его относительных микройскажений, а критическую температуру саморазогрева последнего определяют из соотношения Т,4=.1 м 1) ( Т)+ ,ГдеТ,4Ем 2 - Ем 1 Т 1критическая температура саморазогрева испытуемого образца; Т 1, Т 2 - критические температуры самораэогрева эталонных РаЗЦОВ; Гм 1,ем 2 в :УРОВНИ ОтНОСИтЕЛЬ микроискажений эталонных образцов; я уровень относительных микроискаже испытуемого образца. 1 табл 2 ил,определяют в момент разрушения для эталонного образца, а циклическое нагружение испытуемого образца проводят при тех же направлениях, что и для эталонного образца, регистрируют скорость изменения его температуры, а критическую температуру саморазогрева определяют графически из графика нагружения эталонного образца в координатах "температура саморазогрева - количество циклов" как величину, равную температуре саморазогрева эталонного образца,Известный способ не позволяет определять температуру саморазогрева испытуемого изделия при напряжениях, величина которых отлична от напряжений испытания эталонного образца, Кроме того, невозможно определить температуру саморазогрева,которая имела местов испытуемом изделии в момент его разрушения непосредственно на разрушенных йэделйях; так как определение величины температуры саморазогрева можно проводить только в процессенагРужения,Цель изобретения -упрощение способа10 судят об усталости, аналогично основйому нагружают дополнительный эталонйый об- ": разец, определяют завйсймости уровней от носительных микроискажений эталбнйых25 ру саморазогрева последнего определяют путем исключения необходимости определения величины температуры саморазогревв впроцессе нагружения. Цель достигается тем, что в способе,включающем нагружение эталонного и ис ратур их саморазогрева, с учетом которых образцов от изменения нагрузок; нагружение испытуемого образца осуществля Ют нагруэкой, величина которой лежит на линейном участке указанной зависимости,иэ соотношениягде Т - критическая температура самора- зогрева испытуемого образца;Т 1 и Т 2 - критические температуры саморазогрева эталонных образцов;ем 1 и ему - уровни относительных мик роискажений эталонных образцов;Ем - УРОВЕНЬ ОтНОСИтЕЛЬНЫХ МИКРО-. искажений испытуемого образца, 40На фиг 1 представлены графики зависимости изменения относительного уровня микроискажения материала образцов, измеренные на поверхности излома, от величины разрушающих напряжений в координатах ем - сга (где ем- относительный уровень микроискажений на поверхности излома образцов, - исходный уро 50 ,атериала образ- оискажения на разрушающие пряжения о 1, цгвала изменений 55 котором относиажения на поверпропорционален м,Ем 1, еа относкажения на поЕм = , .сео вень микроискажений для м цов,ер.ь- уровень микр поверхности излома,павнешние циклические на крайние значения интер . циклических нагрузок, в тельчый уровень микроиск хности излома ем линейно разрушающим напряжения сительный уровень микрои верхности излома эталонных образцов, разрушенных при напряжениях о 1, а 2 соответственно); на фиг,2 - графики зависимости критической температуры саморазогрева Ти эталонных образцов от величины разрушающих напряжений оа и относительного уровня микроискажений наповерхйости излома ем в координатах Тк - о, и Т -ем (где Т 1 и Т 2 - критическая температура саморазогрева эталонных образцов, разрушенных при напряжениях т, а соответственно,Ти . - крйтическая температура самаразогрева иэделия, Еми - относительный уровень микроискажений на поверхности изделия).Предлагаемый способ испытания материалана усталость основан на том, что при циклическом нагружейии в материале накапливается усталостная повреждвемость, локализация которойв микрообъемах кристаллической решетки при саморазогреве, изделия при уйЪлости сопровождается изменением относительного уровня микро- искажений. Относительный уровень микроискажений, формирующийся. на поверхностиизлома разрушенных"ггри усталости образцов, зависит от критической температуры саморазогрева и определяется физико-механическими свойствами материала . и величйной разрушающих циклических нагрузок. При нагрузках Ъ, незначительно превышающих предел выносливости (высокая долговечность), относительный уровень микроискажений практически не зависит от оа ( ем= солэт) и поэтому в этих условиях контролируемый параметр ем не может быть использован в качестве оценки крйтической температуры самораэогрева, С повышением разрушающих напряжений относительный уровень микроискажений на поверхности излома монотонно изменяется, Причем в зависимости от свойств нагружаемого материалад Ем. производная - . может быть больше илид 0 аменьше нуля. При этом на кривой зависимости ем = 1(оа) всегда можно найти интервал изменения внешних разрушаемых нагрузок (сг 1оао 2), в котором относительный уровень микроискажений, измеренный на поверхности излома разрушенных образцов, изменяется линейно-пропорционально с ростом разрушающих напряжений (фиг.1). Установлено, что в этом же интервале изменения циклических нагрузок температура саморазогрева стального изделия при усталости пропорциональна разрушающим напряжениям (фиг.2). Тогда. если провести испытание эталонных образцов при внешних напряжениях о 1, о 2 и определить крити61 1753351 образцах определяют уровень микроискажений на поверхности излома и находят интервал изменения внешних напряжений, в ческие температуры Т 1 и Т 2 их саморазогрева при усталостном разрушении, то можно найти критическую температуру саморазогкотором изменение относительного уровня микроискажений линейно-пропорциональрева при усталости испытуемого изделияпри любом значении циклического напря но величине разрушающим напряжений,Уровень микроискажений определяют на поверхности излома локальным рентгено женияя в интервале сг о 2 после разрушения иэделия на основании данных поизмерению относительного уровня микроискажений на поверхности эталонов структурным методом по уширению рентгеЕ 1, м 2 И ИСПЫтуЕМОгО иэделИЯ ЬИЗ соот новской линии, используя гармоническийанализ формы рентгеновской линии, как веТки Т 1 м м 1личинуТ 2 Т 1 Гм 2 Гм 1Е) = .АЦЬке,д 2 - п нСпособ осуществляют следующим об 15 где две - межплоскостное расстояние;Из исследуемого матерйала изготавли- бь.9вают эталонйые образцы для определения:42.радисходного уровня микроискажений и для усикроискажений идляус- где 0- бРегговскии Угол отражени плоскоталостных испытаний по заданной схеме стифе)нагружения которую выбирают с учетом и кратность отра ен ясхемы работы изделия. циклическое нагру- Аи коэффициент Фурье, о ветсжение эталонных образцов проводят приныйзамикРоискажЕниЯ.последовательйо возрастающих нагрузках Рентгеноструктурнь й анализ про до раз шения, На поверхности излома на Аифрактометре в К,(Ре излучений, ИсслеРазрушенных эталонных образцов опреде- дуют дифракционнь, е максимумы от осляют относительный уровень микроискаже- стей (110) и 220) а Ге, 0 рабо у.,ний Ь. Строят график зависимОсти Результатов проводят на ЭВМ,а мальнь й интер- В таблице пРиведены результаты измеем = 1 уз) и находят максимальный интервал изменения о 02, в котором относи-рения относительного уровня микройскажений на поверхности излома в зависимостительный уровень микроискажений наот величины разрушающих напряжений дляпаве хности излома линейно пропорционален раэ шающим напряжениям, Затемдлядвух эталонных образцов проводят цикли- турах.ческое на ру е Р РУ. 35 для эталонных образцов устанавливаютческое нагружение при нагрузках т,с иинтервал изменения разрушающих напряжеоп е еляют к итические температуры ихсаморазогрева Т, Т 2 в месте усталостногоний О 1 Оа 02, в отором относительныйаз ушения, Затем проводят циклическоеуровень микроискажений линейно пропорцинагружение до разрушения испытуемого изонален величине разрушающих нагрузок о,.д я Р ру щ - 40 Затем проводит усталостные испытанияделия при любой нагрузке, лежащей в ин-тервале оьд, регистрируют надвух эталонных образцов; первого при циккритическую температуру саморазогрева: .зкструдированной и отложенной и Ри 350 Спри усталости, . . 45 стали 40, первый эталонный образец нагруП ри м е р, Требуется провести испыта : жают йри д= 380+5 МПа, второй - при Р 2=сия на усталость изделия, изготовленного . 410+5 МПа, В процессе циклического нагруиз стали 40, подвергнутой гидроэкструзии - жения эталонных образцов измеряют кри(относительная деформация е=0,4) и отжигу, тическую температуру саморазогрева Тк впри 350 С. Схема циклического нагружения 50 момент усталостного разрушенйя. Устанав - симметричный изгиб при вращении кРУг- . ливают,чтодляэталонныхобразцов,разрулого образца ,:шенййх при сг 1= 380+5 МПа, критическаяИз испытуемой стали изготавливаюттемпература Т 1 = 390+10 К; для эталонногодва эталонных образца для определения ис. образца, разрушенного при 02= 410+5 МПа,ходного уровня микроискажений идля прове Т 740+10 К, разрушающие напряжениядения усталостных испытаний. Усталостные гя испытуемого изделйя устанавливают виспытания эталонных образцов проводят по интервале 375,415 МПа. На поверхностисхеме изгиба с вращением при последова; излома испытуемого изделия определяюттельно возрастающих нагрузках. На РазРУ относительный уровень микроискаженийшенных при заданных напряжениях1753351 е ав Е ев аа в ав ев вв ееТемпература (ротжнга, Сааевеавевеевееееве Е ва ае аа вв ав в в ев е в ав вв в в в в, МПа Температура отжигававааваевв Беэ отжига 295305 315 325 335 345 370 380 0,1 0,1 О,1 0 2 0,40,2 .О,1ф 3ееееееееееее е ееевв вва ем. Так, если км." 0,15, то иэ формулы (1) находят, что критическая температура само- разогрева иэделия Т 535 К.Относительную погрешность измерения критической температуры саморазогрева рассчитывают по формуле ЛТк Ь Т(е з-Ь)77 Р)где ЬТ 1 = й 10 К,йм- -0,2,ем 1 - 0,4 хмеа 0.15, Т 2 740 К,Т 1 390 К.Подставив значения иэмеренн чин в формулу (2), находят, что отнЬТкная погрешность -, - -0,06.1 КТаким образом, критическая температура саморазогрева гтри усталостных испытаниях испытуемого иэделия при нагрузках 375415 МПа 582503 К.Предлагаемый способ испытания материалов на усталость по сравнению с известным имеет следующие преимущества: не требуется йроводить измерение скорости изменения температуры саморазогрева испытуемого изделия, нет необходимости определять точное значение разрушающего напряжения. Достаточно установить интервал, в котором находится значение максимальной амплитудыциклического напряжения, воздействующего на изделие; и появляется воэможность определения критической температуры самораэогрева при усталости после разрушения изделия,Формула изобретения Способ испытания материалов на усталость, заключающийся в том, что нагружают эталонный и испытуемый образцы до разру шения путем приложения к ним цикличе-.ской возрастающей нагрузки и определяют критические температуры их самораэогрева, с учетом которых судят об усталости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 10 упрощения путем исключения необходимо.сти определения величин температур само- разогрева в процессе нагружен ия, аналогично основному нагружают дополни;.тельный эталонный образец, определяют 15 зависимость уровней относительных микройскажений эталонных образцов от измене-.ния нагрузок, нагружение испытуемого образца осуществляют нагрузкой; величина. которой лежит на линейном участке указан ной зависимостй, определяют уровень егоотносительных микроискажений, а критическую температуру самораэогрева оп ределяют иэ следующего соотношения .где Т - критическая температура саморазогрева испытуемого образца;Т 1, Тг - критические температуры саморазогрева эталонных образцов;ем 1, ему- уровни относительных микроискажений эталонных образцов:Ем- уровень относительных микро-.,искажений испытуемого образца.1753351 Гм,Гм,ректор Н,К я Редактор н КНТ СССР 113035, Москва, 3, уПроизеодстеенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уп.Гагарина. 10 аэ 2763ВНИИПИ Го оставитегль д. Шерманхред М.Моргентал Тираж . Вщписное ,твенного комитетапо изобретениям и открытиям ори Г Ж Ра шская наб 4/5