Способ усталостных испытаний детали

Способ усталостных испытаний детали

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области механических испытаний к способам диагностики усталостных свойств материала. Цель изобретения - повышение достоверности результата при испытании детали из титанового сплава путем учета влияния индивидуальных особенностей изготовления деталей на склонность к разрушению по межфазным границам Образцы из материала детали нагружают при одинаковом уровне Одни образцы нагружают треугольными, а другие - трапециевидными циклами Определяют долю фасетного рельефа в зависимости от длительности трапециевидного цикла по которой судят о склонности материала к разрушению по межфазным границам 2 з п ф-лы 3 ил

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (s>>s G 01 М 3/32

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4755933/28 (22) 04,11.89 (46) 07.08.92. Бюл, N 29 (71) Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации (72) А.A,Øèíÿâñêèé, А:И.Лосев и M.3.Коронов (56) Иванова B.С„Шанявский А.А. Колличественная фрактография, Усталостное разрушение, M. Металлургия, 1988, с.400, (54) СПОСОБ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

ДЕТАЛИ (57) Изобретение относится к области механических испытаний, к способам диагностиИзобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно ! к способам диагностики состояния материала при контроле деталей в процессе их изготовления.

Цель изобретения — повышение достоверности результата при испытании детали из титанового сплава путем учета влияния индивидуальных особенностей изготовления деталей на склонность к разрушению по межфаэным границам.

На фиг,1 представлены зависимости скорости роста трещины от длины при различной форме цикла для материала. не проявляющего чувствительности к условиям нагружения; на фиг.2 — зависимости скорости роста трещины от длины при различных условиях нагружения для латериала, проявляющего высокую чувствительность к форме цикла и формирующим не бороздчатый рельеф уже при треугольной форме цикла, на фиг.3 — предполагаемая зависимость от.Я2, 1753353 А1 ки усталостных свойств материала. Цель изобретения — повышение достоверности результата при испытании детали йэ ги1анового сплава путем учета влия ния индийидуальных особенностей изготовления деталей на склонность к разрушению по межфазным границам, Образцы из материала детали нагружают при одинаковом уровне. Одни образцы нагружают треугольными, "а другие— трапециевидными циклами, Определяют долю фасетного рельефа в зависимости от длительности трапециевидного" цикла, по которой судят о склонности матерйала к разрушению по межфазным границам, 2 3.п. ф-лы, 3 ил. носительной живучести образцов иэ дисков (титановый сплав ВТЗ-1) от относительной доли бороэдчатого рельефа излома.

Пример, Из дисков 1 ступени компрессора низкого давления двигателя НК-8- 4

2У из титанового сплава BT-8 вырезали Ql плоские образцы сечением 10х20 мм. В cpe- () динной части образца электроискровым ме- (Ъ тодом с помощью проволоки диаметром 0,1 (П мм наносили концентратор глубиной около

5 мм, Образцы помещали на машину Интсрон и подвергали их циклическому нагружению путем трехточечного изгиба по,1 отнулевому синусоидальному циклу с частотой 1 Гц. Уровень напряжений составил 500

МПа, так, что в устье концентратора коэффициент интенсивности напряжений составил около 30 МПа M " . Г!осле выращивания усталостной трещины на глубину около 5 мм образцы были сняты с испытательной машины и проведено ихдоламывание. Далее было выполнено фрактографическое

1753353

15

50 исследование поверхности разрушения на растровом электронном микроскопе КВИКСКАН и выявлено, что на поверхности разрушения в образце из диска 1 преобладающим является рельеф в виде усталостныХ бороздок на участке стабильного роста трещины . Доля усталостных бороздок на участке стабильного роста трещины составилэ около 90%. Это указывает на хорошее свойство материала титанового сплава сопротивляться внешней нагрузке при синусоидальной форме цикла (фиг.3).

В образце из диска 2 развитие трещины происходило при преимущственном (более

90%) формировании усталостных бороздок.

Это также характеризует хорошее сопротивление титанового сплава циклической нагрузке.

В образце иэ диска 3 развитие трещины происходило с преимущественным формированием фасеточного (не бороэдчатого рельефа) излома — более 80%. Такая ситуация свидетельствует о плохой способности материала диска 3 сопротивляться усталостной нагрузке, Иэ указанных дисков вырезали вторые образцы и подвергли их циклическому нагружению в тех же условиях по трапецеидальной форме цикла с выдержкой около 20 с по той же схеме изгиба и при том же уровне номинального напряжения. После выращивания трещины на глубину около 5 мм образцы доламывали и подвергали фрактографическому исследованию на растровом электронном микроскопе КВИК- 35

СКАН. В процессе исследования проводили измерения доли участков излома с усталостными бороздками, которая в образце из диска 1 составила менее 5% от общей зоны . излома на участке стабильного роста трещи- 40 нй. Преобладающим был фасеточный рельеф излома двухфазного материала. Это указывает на высокую чувствительность материала к выдержке его под нагрузкой в цикле, что существенно снижает его долго- 45 вечность и относительную живучесть.

Применительно к образцу из диска 2 результаты фрактографического исследования показали, что доля небороэдчатого рельефа сохранилась практически неизменной. Это свидетельствует об удовлетворительных свойствах материала диска сопротивляться циклической нагрузке независимо от формы нагружения.

Фрактографические исследования применительно к образцу иэ диска 3 показали, что в изломе доля небороздчатого рельефа (фасеточный рельеф) составляет около 95%.

Это указывает на высокую чувствительность материала к условиям нагружения, определяемым выдержкой материала под нагрузкой в цикле нэгружения.

В процессе испытаний были выполнены измерения скорости роста трещин. Их сопоставляли с результатами измерения шага усталостных бороздок независимо от той доли, которую бороздчатый рельеф занимает в изломе. Сопоставление результатов измерений позволило установить (фиг.2), что в диске 1 чувствительность материала к форме цикла связана не только со сменной механизма разрушения, но и с увеличением скорости роста трещины.

В диске 2 сохранение доли бороэдчатого рельефа излома при сопоставляемых циклах нагружения, тем не менее незначительно отразилось в возрастании скорости роста трещины при треугольной форме цикла по сравнению с трапециеидальной, В диске 3 материал оказался не только плох с точки зрения смены механизма уже при треугольной форме цикла, но трапецеидальная форма цикла привела к существенному возрастанию скорости роста трещины.

Изобретение может быть использовано для качественной и количественной оценки свойства титановых сплавов сопротивляться малоцикловому усталостному разрушению как при треугольной, так и при трапецеидальной форме цикла, а также устанавливать причину преждевременного разрушения деталей иэ титановых сплавов в эксплуатации.

Формула изобретения

1. Способ усталостных испытаний детали, заключающийся в том, что партию образцов из материала детали циклически нагружают при одинаковом максимальном уровне циклов с развитием в них усталостной трещины и по характеристикам излома образцов судят об усталостной прочности детали, отличающийся тем,что,с целью повышения достоверности результата при испытании детали из титанового сплава путем учета влияния индивидуальных особенностей изготовления деталей на склонность к разрушению по межфазным границам, нагружение части партии осуществляют при треугольном цикле, а оставшейся части — при трапециевидном цикле и определяют характеристику склонности материала к разрушению по межфазным границам по зависимости доли фасетного рельефа от длительности трапециевидного цикла на максимальном уровне цикла, с учетом которой судят об устэлостной прочности материала детали, 2. Способ пои 1, от л и ч а ю шийся тем, что определяют зависимости скорости

1753353 роста трещины от длительности трапециевидного цикла, с учетом которой судят об усталостной прочности материала детали.

3. Способ по п.1, о т л и ч а в шийся тем, что определение зависимости доли фа- 5

Салоб ЛЗ л

Ф

fD

I м

Я

01 Я 5 7 У

Длина трещины,ми

w+ Е

Я

«Х

Е

;1

«я 1 б

Я I2 о о

iu О

Х

О

СЧ о о аР й,у о 4

1 (Э с« о о

Ь2»

)4 о о

СЭ

О 1 3 5 7 Э

Длина трещины, и.

3 5

Ллкча требавы, им.

Фиг. 2 ю "

В fz

Ф

Ю

Я

g ) .5 У g

Дпцнотрещцыь,мм сетного рельефа от длительности трапециевидного цикла на максимальном уровне цикла осуществляют в зоне наибольшего стеснения пластической деформации.

1753353

I00

0 20 40 60 &О "0

Доля с ОроалчЯГОГс релье," е, о

Флг. 3

Редактор В,Данко

Заказ 2763 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 4

Ее о о

РФ

=. 60

Боля небороадчатого рельеа, я

80 0 40 20 0

Составитель А.Шанявский

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н,Кешеля