Способ определения порогового коэффициента интенсивности напряжений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1 А 1 01 Й 170 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИЯ ОПИС РЕТЕ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬ 1 . :2(22) 12.04,90 . Испытывают образец без трещины с кон- (46)15.08.92, Бюл, Й.ЗО .:центратором напряжений, который нагру- (71) Физико-механический институт АН жают до величины нагрузки, необходимой УССР и Специальное конструкторско-техно- для создания зоныпластической деформа- логическое бюроции возле концеитрзтЬрзв рабочей среде.(72) А.Е.Андрейкив, В,Р,Скальский и При этом фиксируют суммарный счет зку- Н.В,Лысзк .стической эмиссии й за некоторое время (56) Авторское свидетельство СССР .: .: : наблюдения. Этот уровень значений Й 0 при%547683, кл,6 01 Й 17/00, 1977, . нимается за исходнйй критерий, Затем обГОСТ 9903-81, Стали и сплавы высоко- разец с трещиной нагружают до исходного прочные. Методы ускоренных испытаний нз значения коэффициента интенсивности накоррозионное растрескивание. . пряжений Кь при котором начинается эф- (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРОГОВО- фективный рост трещины в тех же условиях ГО КОЭФФИЦИЕНТА ИНТЕНСИВНОСТИ рабочей средыификсируютсуммзрныйсчетНАПРЯЖЕНИЙ сигналов АЭ. - Йь При превышении величиИзобретениеотноситсяккоррозионнымис- ны Й) уровня Йо сразу переходят кступен- М пытаниям материалов, в частностикиспы- .чатому сниженйю нагрузки. на величину таниям на водородное охрупчивание 2-3 иопятьпройзводятотсчетйьТакподвысокопрочных сталей. Цель изобретения - ходят к минимальному значению Кь Если за повышение достоверности определения фиксированное время наблюдения значенижнего порогового значения коэффициен- . ние Й не превысит значения Й 0 при минита интенсивности напряжений за счет обее- - мальном К 1, то его величина принимается за печения более точного определения величину К 1 зее,2 ил.,1 табл. 4(Л СЛ ретение относится к коррозионным ям материалов, в частности к испыа водородное охрупчивание высокостзлей,стен способ определения нижнего го значения коэффициента интеннапряжений Кое, материалов при поом ступенчатом увеличении на образец, помещенный в корросреду, до начала роста трещины, . вании трещины при постоянйой через йсходную зону пластической деформации у вершины усталостн ны и постепенном снижении на полной остановки роста трещины ным знанениям нагрузки и длине применяя известные формулы, о значения К 1 зее.Недостатками способа явля кая точность из-Зз" йГвбЗможност ления ранней стадии начала рост - старта трещины, в случае, ког кально растет по фронту внутри также момента остановки роста и ой трещигрузки до По конечтрещины, ределяют Иэоб испытани таниям н прочныхИзве порогово сивности степенн нагрузки зионную прорзщи нагрузке ются. низй опредеа трещины да она лообразцз, а о этой жепричине и, как следствие, большие временные интервалы наблюдения эа ростом трещины в период между ступенями нагружения,Наиболее близким по технической сутиявляется способ определения Кь по схеме 5аналога, описанной выше, но момент начала роста трещины и.момент прекращения еероста фиксируется по изменению электросопротивления й интенсивности сигналовакустической эмйссйи,(АЭ),Недостатком"спосбба является необходимость измерения скорости примененйяспособа определения Кзев при коррозионном растрескивании, обусловленный размерами образцов небольших сечений, так 15как на больших сечениях образцов при локальном скачке трещины по фронту методмало эффективен; вследствие очень мизерных изменений величины электросопротивления в этот момент," Цель изобретения"-повышение. достоверности определения нижнего пороговогозначения коэффициента интенсивности на-.пряжений за счет обеспечения более точно-.го определения момента страгивания и 25остановкй трещийы.Укаэанная цель достигается тем, что перед образцом с трещиной в рабочую средупомещают образец с койцейтратором напряжений беэ трещины, который йагружаютдо величины нагрузки, необходимой для создания эоны пластической деформации возле койцентратора и определяют величинусуммарного счета сигналов акустическойэмиссии, а снижение величийьгнагруэки начинают в момент превышенйя величинысуммарногО счета сигналов акустическойэмиссии при нагружении образца с трещиной величины Суммарного счета сигналовакустической эмиссии йри нагружении об разца с кбнцентратором без трещины и осуществляют до достижения равенства этих. величин,В прототипе учитнерется влияние наАЭ, на ранней стадии начала роста трещины, механизма локального внодного растворения металла в вершине трещины и лишьпри ее субкритическом росте; в"результатеэлектролитического водородйого охрупчивания, что приводит к возрастанию мощности сигналов АЭ. можно оценитьвзаимосвязь сигналов АЭ с процессами роста трещины.При водородномохрупчивании высокопрочных сталей в среде газообразного во 10 20 30 Как показано у материалов, склоннь 1 х к водородному охрупчиванию, рост трещин35 при совместном воздействии деформаций и 40 них напряжений, что приводит к созданиюлокальных растягивающих напряжений. Поэтому при достижении ими значительных величин происходит межкристаллитное или транскристаллитное (в зависимости от 45 структуры материалов) микрорастрескивание, которое сопровождается сигналами АЭ.Способ основан на том, что оассчитывают величину нагрузки и радиус кривизны 50 концентратора напряжений для пробногообразца без трещин, который нагружают до величины, полученной в результате расчета, нагрузки, способной создать образование пластической зоны возле концентратора, по, 55 обьему равной расчетной зоне пластической деформации в вершине растущей трещины при исходном верхнем значении Кь Расчеты проводят, используя известные формулы, Снацала вычисляют радиус пластической зоны возле трещины, Для этого дорода под напряжением происходит локальное микрорастрескивание пь границам зерен или транскристаллитное микрорастрескивание, которые обусловлены воздействием водорода и нагрузки и сопровождаются АЭ существенной энергии, а также происходят процессы образования пластической зоны в вершине растушей трещины, в результате чего излучаются также сигналы АЭ с достаточной для регистрации их мощностью. Оценить это по способу прототипа, т,е. различить макророст трещины и указанные процессы весьма и весьма сложно, вследствие чего Кзее определяется некорректно, особенно на образцах большой толщины (большого поперечного сечения). В заявляемом способе это учитывается даже в случае различных значений, устанавливаемых в разных условиях измерений уровней дискриминации сигналов АЭ, независимо от амплитудно-частотной характеристики первичных преобразователей сигналов АЭ, азначит, исключает неоднозначность определения Квее В результате воздействия механических нагрузок и водородной среды на образец можно выделить две Фазы разрушения а) инкубационный период разрушения; б) период скачков макротрещины, В первом случае сигналы АЭ характеризуются непрерывной АЭ с невысокой скоростью счета и низкими амплитудами как дискретных вспышек так и непрерывной АЭ, а момент старта трецины выделяется на акустограмме резким возрастанием скорости счета иамплитуд сигналов АЭ дискретного типа,критической концентрации водорода сначала сопровождается возникновением микротрещин, вследствие образования скопления дислокаций под влиянием водорода и внешиспользуен формулу, описывающую распре- На фиг,1 и 2 приведены блок-схема усделение напряжений ду возле концентра- тановки для реализации способа и гистогтора радиуса р раммы распределения суммарного счета АЭ2 М х + в процессе исследований. Оуу = 5 Установка состоит из образца 1, рабочейlл(2 х +р) камеры 2 с волноводом 3 и крышкой 4, фор-, где К - коэффициент интенсивности напря- вакуумного насоса 5, вентилей 6, резервуара жений, х - расстояние от вершиныконцен- с рабочей средой 7, Редуктора 8, первичного тратора.. .преобразователя 10, предварительного усиПредположим; что течение наступает 10 лителя 11, фильтров 12, блокЪ обработки сигтогда, когда оу = 1 ГЗ а Подставив это зна- налов АЭ 13 и регистратора 14. чение с 7 у в формулу(1),находят;, . П р и м е р. Образец 1 с концентратором 2 И х + у . нагружаЮт до величийы нагрузки; опреде. ленной по формулам и йомещают в рабочуюл(2 хл +р) 15 камеру 2 на волноводе 3. Камеру герметизигде хл - точка:тела, в которой наступило руют крышкой 4 и с помощью форвакуумнотечение и которая находится на максималь-го насоса 5 и вентилей 6 производят откачку ном расстоянии от концентратора,". до глубины вакуума 1;33 Па. Затем объемВеличина нагрузки на образец с кон- камеры заполйяЮт газообразным водороцентратором радиуса р, при которбй возле 20 дом из резервуара 7 через редуктор 8 и него образовалась бы пластическая зона ра- доводят давление в камере до необходимой диусом хл,определится из формулы:, .:величины при заданййх температурах, Дав:6ление контролируют с помощью манометра нксг, 2 х, +: .:9, После этого опятьвыпускают водород,2 хл+р 25 производят откачку и снова создают необПосле нагрузки образца его помещают ходимые рабочие условия среды газообразв камеру с рабочей. средой, например, газо- ного водорода, Такую водородную образным водородом и создают необходи- промывку объема камеры делают йесколько мые рабочие параметры среды, Под разпослекаждойзагрузкикамерыипристувоздействием внешней нагрузки и водоро пают к измерениям сигналов АЭ, которые да происходят процессы микрорастрески- . через волновод 3 поступают на первичный вания и образования пластической зоны преобразователь сигналов АЭ 10 и через возле концентратора. При этом фиксируют .предварительной усилитель 11, фильтр 12 уровень суммарного счета АЭ Ио за некото-" подаются йа блок обработки сигналов АЭ рое начальное время наблюдения за образ 13, после чего регистрируются на регистрицом, например, за 10 ч. Этот уровень,рующемустройстве 14. является исходным критерием для ойреде- . Для измерений йараметров сигналов ления начала роста трещины или ееоста-АЭ использовали преобразователь с резоновки, что определяется следующимнансной частотой 260. кГц, коэффициент образом.;усиления предварительного усилителя былОбразец с трещиной нагружают до вер равен 34 дБ, а суммарййй коэффициент усихнего исходйого значеййя-коэффициента ления измерительноготракта равнялся 84 интенсивности напряжения К,при котором дБ при полосе пропускания фильтров 160 - начинается эффективный рост трещины, в 350 кГц с уровнем дйскриминации 0,4 В. среде газообразного водорода и фйксирует Расчетная величина нагрузки Р и значения суммарный счет сигналов АЭ йь При превы соответствующегоей К для образца с коншении величины И уровня й, переходятх центратором, а такжедругие эксперименступенчатому понижению нагрузки на вели- тальныерезультаты приведены в таблице, чину 2-3, регламентированную в (2) и " На протяженйи 10 часов фиксируют опять производят отсчет Мь При превыше- суммарный счет сигналов АЭ (гистограмма нии й значения йо снова п роизводится сни на фиг,2 а), Мо на образце с концентратором жение нагрузки; Так подходят к . напряжений (без трещины), значение кото- минимальному значению К и при этом уве- рого принимается за уровень от счета. Поличиваютвремя наблюдений, но неболее 10 сле этого приступают к исследованию ч согласно (2) (метод 2). Если за это время образцов с трещинами для определения значения Н не превысят значения йо, то 55 Кьее, Осуществляется зто следующим обравеличина конкретного значения К при этом зом. принимается за величину Кзее исследуемо- Образец нагружают до принятого при го материала, расчетах исходного верхнего значения К,фиксируют нагрузкуи размещают образец вжают нагрузку на величину регламентированную по ГОСТ 9,903-81 (гистограмма на фиг.2 б-ж) и опять регистриру 15 все время наблюдений,т.е. не было превышения уровня йо. установленного при регистрации суммарного счета АЭ образца с 40 50 необходимо повышать внешний потенциал .на образец, который влияет на электрохи камере 2 на волноводе 3. Дальнейшие манипуляции по созданию необходимых идентичных условий эксперимента и измерению сигналов АЭ осуществляют по схеме, описанной выше, Затем начинают регистрацию суммарного счета сигналов АЭ Ц. При достижении величины МЙо ступенчато сниют значение й, При подходе к значению К 1 зее увеличивают время наблюдения за образцом, но не более чем 10 ч, как того требует ГОСТ (метод 2),За значение Кьее в нашем случае принятэ величина К = 11,4 МПаГм, так как нэ протяжении 10 ч наблюдения не зарегистрисовано значений Н5 импульсов за концентратором напряжений в среде газообразного водорода рабочих параметров. Результаты исйытаний приведены в таблице.Согласно (2) минимальная толщина образца при испытаниях на К 1 вее регламентируется соответствующими расчетами, чтобы получить плоскодеформируемое состояние образца с целью конкретности определения К 1 ве Поэтому на величину размера толщины образца существенйое влияние имеет значение критического значения коэффициента концентрации напряжений Ке ипредела текучести материала сЪ 2 Для материалов с большой вязкостью разрушения минимальная толщина образца будет значительно больше чем для высокопрочных материалов, Следовательно, при единичном скачке трещины в тонких пластинах прирост величины сопротивления будет более значительным, чем для большйх толшин,Сопоставление результатов измерениятакого подрастания электросопротивления на толщине образца материала прототипа и на образцах, используемых в способе (разница толщин на 1 порядок), показало разницу на 2 - 3 порядка отличающуюся в сторону. уменьшения электросопротивления на образце заявляемого способа, Учитывая то,что для устранения этого недостатка, т.е, получения возможности фиксации маленьких скачков трещины на толстых образцах мическую ситуацию. в вершине трещйны и, следовательно, на процессы энодного растворения при коррозионном воздействии среды, то можно констатировать, что способ 25 30 прототипа мало эффективен для определения Квее материалов на образцах большой толщины,Таким образом можно выделить следующие преимущества способа определения Квее по сравнению с существующими способами: упрощение методики измерения за счет устранения необходимости предварительной тарировки измерения длины трещины, э также устранение такого измерения в процессе исследования образцов матери- алов на Кьее, устранение необходимости неоднократной балансировки измерительной схемы при переходе на последующие диапазоны измерения при росте трещины в течение одного процесса исследования; устранения технологических операций по выращиванию усталостной трещины на тарировочном образце; устранение роста трещины в процессе исследований и предварительных длительных тэрировочных операций нэ образце с трещиной, а также узкий диапазон; расширение диапазона применения способа путем использования его для определения К 1 зее на образцах больШих толщин в соответствии с требованиями создания плоскодеформированного состояния образца; исключение влияния внешнего прикладываемого к образцу электропотенциала на электрохимическую си 1 уацию в вершине трещины при испйтаниях на К 1 зееФормул а изобретенияСпособ определения йорогового коэффициента интенсивности напряжений высокопрочных сталей и сплавов, по которому образец с трещиной помещают в.коррозионную среду, нагружают увеличивающейся нагрузкой до начала роста трещины, которое фиксируют по сигналам акустической эмиссии, проращивают трещину за исходную зону пластической деформации, снижают нагрузку до полной остановки трещины, определяюткоэффициент интенсивности напряжений по нагрузке в момент остановки трещины; э о моменте роста и остановки трещины судят по сигналам акустической эмиссии, отл ичэ ю щийс я тем,что, с целью повышения достоверности за счет обеспечения. более точного определения момента страгивания и остановки трещины, используют дополнительный образец без трещины, но с пластической зоной, равной пластической зоне в основном образце перед исходной трещиной. а увеличение и снижение нагрузки проводят по достижению соответственно равенства или неравенства суммарного счета сигналов акустической эмиссии.оо х Х э х э 9 8 Е л е1е о.х0 3е ея к х еЭ Х 03ч зой Ухеэ. х зоо, хл .эскзчсй И Ое ээ хяе аа з 1фф э е е 1л( е 1 е 1 а е оэ е ч Х эа о-с 1 0 э е Р 0 ей13 ае ве ее хе. э1 Х1 Ц3Е 0.8 1,й 7Составитель В,Скальский Редактор М,Товтин Техред М.Моргентал Корректор Н,Тупиц Заказ 288 б Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5иэводственно-издательский комбинат" Патент",г,Ужгород,уд, Гагарина,10