Образец для испытания на трещиностойкость

Образец для испытания на трещиностойкость

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение направлено на повышение достоверности испытаний путем создания в образце трещины, близкой по форме к трещиноподобным дефектам, имеющим место в конструктивных элементах типа сосудов давления, выполненном в виде прямого параллелепипеда . На центральной грани параллелепипеда 1 имеется выступ 2. Выступ. 2 также имеет форму прямого параллелепи педа, один из размеров которого L остается неизменным, а два других Т и Н могут менять свои размеры в зависимости от трепараметров трещины. В выступе 2 в плоскости симметрии образца имеется шевронный надрез 3, из которого наведена исходная трещина 4 путем приложения циклической нагрузки по схеме трехточечного изгиба. 3 ил., 1 табл /

C0IO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ. ГКНТ СССР

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4869404/28 (22) 27,07.90 (46) 15,07.92, Бюл. N 26 (71) Институт проблем прочности АН УССР (72) В,В.Покровский, В,Г.Каплуненко и П,Э,Назаренко (53) 620; 17(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1562749, кл, G 01 N 3/32, 1988, Исследование вязкости разрушения поверхностных трещин (сообщений!. Рост поверхностных трещин и анализ по методу конечных элементов) Кикути Масанори, Насао Танаки, Ясно Корзунори и др, Ниппон кикай гаккай ромбунсю, 1988, A54, ¹ 497, (54) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ТРЕЩИНОСТОЙ КОСТЬ

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов, а именно к образцам из металлических материалов, предназначенных для испытаний на трещиностойкость, Известен образец для испытаний на трещиностойкость, выполненный в аиде параллелепипеда, на боковой поверхности которого имеется концентратор в аиде надреза с усталостной трещиной, а ось надреза совпадает с осью симметрии образца.

В описанном образце после наведения усталостной трещины удаляют поврежденный материал в зоне концентратора. Причем испытаниям на трещиностойкость подвергают образцы как с удаленной поврежденной частью, так и без удаления. По испытаниям судят об изменении свойств материала в (57) Изобретение направлено на повышение достоверности испытаний путем создания в образце трещины, близкой по форме к трещиноподобным дефектам, имеющим место в конструктивных элементах типа сосудов давления, выполненном в виде прямого параллелепипеда. На центральной грани параллелепипеда 1 имеется выступ 2. Выступ

2,также имеет форму прямого параллелепипеда, один из размеров которого L* остается неизменным, а два других Т и Н* могут менять свои размеры в зависимости от требу рых параметров трещины. В выступе 2 в плоскости симметрии образца имеется шевронный надрез 3, из которого наведена исходная трещина 4 путем приложения циклической нагрузки flO схеме трехточечного З изгиба, 3 ил., 1 табл зоне концентрации напряжений, При этом в образце создается сквозная, а не полуэллиптическая трещина с заданными геометрическими параметрами, т.е, не удается моделировать трещинообразный дефект, О который наиболее часто встречается в кон- 0 структивных элементах типа сосудов давле- (д) ния. Кроме того, а случае исследования развития коротких трещин (а = а/w < = 0;15, где а — длина трещины, w — ширина образца) в образце натурной толщины (150...200 мм), что весьма важно для конструктивных элементов типа сосудов давления (например, кцрпусов реакторов ВВЭР), такие образцы требуют приложения черезвычайно больших растягивающих нагрузок (тысяча тонн и более), что, в свою очередь, требует уникального по мощности испытательного оборудования. Поэтому испытания описан1747993

Т* =- f(T) ных образцов не позволяют получить требуемых результатов, Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является образец для испытания на трещиностойкость, выполненный в виде прямого параллелепипеда, на одной из граней которого выполнен выступ с надрезом и исходной трещиной таким образом, что ось надреза совпадает с осью симметрии образца, В описанном образце предварительно выращивают исходную устал остную трещину, которая пересекает выступ, затем удаляют выступ и проводят испытания на трещиностойкость.

В процессе выращивания исходной трещины в образце описанной конструкции не удается получить поверхностную полуэллиптическую трещину требуемых фора и .размеров (а/л = 0,15; а/с < 0,6, где w— ширина образца, а — малая полуось эллипса, с — большая полуось эллипса). Во-первых, это связано с недостаточной толщиной выступа (вследствие этого в вершине трещины не остигаются условия плоской деформаци ;и отсутствием направляющего трещину надреза, что приводит к депла нации трещины и неопределенности места ее появления в основном материале образца; во-вторых, малое соотношение толщины выступа и толщины образца (Т -/Т =. I /12, где Т* — толщина выступа, Т вЂ” толщина образца), приводит к образованию относительно длинной трещины с малой эллиптичностью (а/w > 0,2; а/с > 0,7). Поэтому описанное решение не позволяет получить корректные данные о трещиностойкости, исходя из подобия размеров и формы трещины в образце и конструктивном элементе типа сосуда давления. . Цель изобретения — повышение достоверности при испытании на трещиностойкость конструктивных элементов сосудов давления, Поставленная цель достигается тем, что в известном образце для испытания на трещиностойкость, выполненного в виде прямого параллелепипеда, на одной из граней которого выполнен выступ с надрезом и исходной трещиной таким образом, что ось надреза совпадает с осью симметрии образца, согласно изобретению надрез выполнен шевро IHblM, а высота Н и ширина Т+ выбрана из соотношений

0,2Т «Н «0,6Т;03Т SÒ*«0,8Т, где Т вЂ” толщина образца.

Шевронный надрез позволяет задать направление распространения трещины строго по плоскости симметрии образца, а также для стеснения пластических деформаций в вершине трещины, получающих дополнительное развитие эа счет уменьшения толщины выступа по сравнению с толщиной образца, С помощью образца данной конструкции могут быть испытаны на трещиностойкость металлические материалы с пределом текучести в диапазоне oo, =

100Ä,1500 МПа. Однако наиболее предпочтительно эти образцы использовать для испытания теплоустойчивых сталей средней прочности (oo, = 550 . 650 МПа}, но с большой вязкостью разрушения (К,. = 200„,300

МПа.м). которые используются для изготовления ответственных сосудов давления и для которых характерно сильное проявление масштабного фактора, что требует для получения корректных результатов использования образцов натурной толщины (Т = >

>150 мм).

Экспериментально найдены оптимальные геометрические параметры выступа.

Так при Т > 0,8 Т отмечены случаи зарождения сквозной, а не поверхнос ной полуэллиптической трещины, как это требуют условия испытаний, При Т < 0,3 Т и Н > 0,6

Т возникает трещина с мслой эллиптичностью и относительно длинная, когда KRK требуется короткая трещина с большой эллиптичностью. При высоте выступа Н < 0,2

Т угол шевронного надреза получается близким к развернутому, что затрудняет образование и формирование усталостной трещины с требуемыми параметрами, Выступ с Н > 0,6 Т лишен смысла из-за большой трудоемкости выращивания трещины.

На фиг, 1 показан схематический чертеж предлагаемого образца; на фиг. 2а,б,в— формы трещин в зависимости от соотношений

Образец (фиг, 1) выполнен в виде прямого параллелепипеда, На центральной грани параллелепипеда 1 имеется выступ 2, Выступ 2 также имеет форму прямого параллелепипеда, один из размеров которого Е* остается неизменным; а два других T " и Н* могут менять свои размеры в зависимости от требуемых параметров трещины, В выступе 2, в плоскости симметрии образца, имеется шевронный надрез 3, иэ которого наведена исходная трещина 4 путем приложения циклической нагрузки по схеме трехточечного изгиба.

Серию образцов предлагаемой конструкции из феррито-перлитной теплоустойчивой стали 15Х2МФА ((то,2= 600 МПа) и с

1747993

Качественный результат

Н = 0,1Т Затруднено зарождение устаН = 15 лостной трещины

Т = 0,7Т

Т»=- 105

Т = 0,7Т

Тм= 105

150 а = 10 мм, с = 100 мм а/с = 0,1, а!я = 0,07

Н =0,2T

2 150

3 150.1- м

Т =

% а = 15 мм, с = 105 мм а/с = 0,143, а/w = 0,1

Н =- 0,4Т

Н = 60

0,7Т

105

Т = 0,7Т

Т = 105Т а = 17 мм, с = 120 мма/с = 0,142, а/w = 0,11

150

150

Т =

Т+

0,7Т Н = Т

105 Н = 150 а =- 19 мм, с = 130 мм а/с = 0,146, a/w = 0,126

Потребовалось болыиое копичество циклов нагружения

6 - 150 Т = 0,2Т Н = 0,4Т а = 40 мм, с = 65 мм

Т = 30 . Н = 60 а/с = 0,61, а/w = 0,27 а .= 22 мм, с = 70 мм а/с = 0,314, а/и = 0,11

Т = 0,3Т

Т = 45

Т = 0,5Т

Т = 75

Т = 0,8Т

Т»= 120.Н = 0,4Т

Н-60

7 150

H =0,4Т

Н=60

20 мм, с = 70 мм

0,286, а/и = 0,133

8 150

9 150

10 150

11 150 а/с

Н =0,4Т

Н = 60

12. мм, с. = 1,10 мм

= 0,11, а/ът = 0,08 а/с

Т" -- 0,85Т

Т = 127,5

Т = 1,2Т

Т" - 180.

Н =0,4Т

Н =60

Образовалась сквозная трещина

Н = 60 размерами 1000 х 150 х 200 мм подвергали циклическому нагру>кению на установке типа ПД 200!400 Пу, В результате нагружения исходная трещина 4 проникала в тело образца 1, после чего удаляли выступ и изучали форму полуэллиптической трещины с характеристиками размерами малой полуоси — а и большой полуоси — с, Испытуемые образцы имели различные размеры выступов 2. Полученные результаты приведены в таблице.

Оптимальным является образец, размеры выступа которого соответствуют выражениям Т* = (0,3...0,8) T и Н = (0,2„,0,6), поскольку такой образец позволяет получать достоверные результаты при исследовании образцов натурной толщины теплоустойчивых феррито-перлитн ых сталей, исходя из подобия трещины а образце и конструктивном элементе, .

Образцы с оптимальными параметрами выращенных трещин (беэ выступов) подвергали испытаниям на статическую и циклическую, трещиностойкость с целью

Ф %.

Обра- Т, мм Т,мм Н зец определения характеристик вязкости разрушения, соответственно Kiс и К«.

По сравнению с прототипом предложенный образец позволяет повысить досто5 верность испытаний на статическую и циклическую трещиностойкость конструктивных элементов сосудов давления за счет возможности создания полуэллиптических трещин заданных параметров.

Формула изобретения

Образец для испытания на тре цино-. стойкость, выполненный в виде прямо о параллелепипеда, на одной иэ грэн=й

15 которого выполнен выступ с надрезом и ис ходной трещиной таким образом, что ось надреза совпадает с осью симметрии образ.ца, отличающийся тем, что, с цел ью повышения достоверности при испытании

20 на трещиностойкость конструктивных элементов сосудов давлеь ия, надрез выполнен шевронным, а высота Н и ширина Т* выбрана из соотношений 0.2Т Н 0,6 Т, 0,3

Т Т* 0,8 Т, rqe Т вЂ” толщина образца.

Образовалась сквозная трещина

1747993

Составитель П,Назаренко

Редактор В,Трубченко Техред M.Mîðãåíòàë Корректор И. Ткач

Заказ 2498 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101