книги / Методы оценки трещиностойкости конструкционных материалов

жения трещины уже в термиче­ ски обработанном материале получали готовые цилиндрические

образцы с кольцевыми трещинами для проведения испытаний (рис. 50, б).

Образцы из стали У8 были изготовлены из прутка диаметром 30 мм. Сначала изготавливались образцы диаметром D0 = 16 мм с кольцевым концентратором. После образования трещины и сня­ тия слоя металла на глубину надреза до диаметра DKбыл получен готовый образец с трещиной для испытаний. При этом отметим, что предложенный метод образования кольцевых трещин (см. параг­ раф 2 настоящей главы) позволил создать трещины разной относи­ тельной глубины 0,4 ек 0,9, что дало возможность экспери­ ментально проверить установленную аналитически ^-тарировку в широком диапазоне ек.

Эксперименты проводили на универсальной испытательной ма­ шине УМ-5, оснащенной тензорезисторным датчиком для измере­ ния нагрузки. Сигнал с датчика нагрузки подавали на двухкоор­ динатный самописец, на котором записывали диаграмму разруше­ ния в координатах нагрузка — время.

Р*, а также значениями Kic для указанных материалов, установ­ ленными растяжением цилиндрических образцов с кольцевыми трещинами (для стали 40Х при отпуске 300°С К\с = 120 кГ/мм*/*,

функции представлены в виде точек. Из рисунка видно, что экс­ периментальные данные подтверждают достоверность аналити­ ческой зависимости в широком диапазоне изменения относитель­ ной глубины трещины ек.

Таким образом, проведенные аналитико-экспериментальные исследования дают основание рекомендовать для определения зна­ чений К{С при испытании цилиндрического образца с кольцевой

После указанных вычислений для рассматриваемого случая получили Qf < 0,60А = 445,3 кГ

Исходя из этого неравенства, имеющегося оборудования, времени на под­ готовку образца (образования усталостной трещины), а также учитывая, что чем меньше Qp тем лучше условия образования трещины, выбирают значе­

и в соответствии с описанной методикой в образце на дне надреза была соз­ дана кольцевая трещина заданной глубины.

4.Подготовленный цилиндрический образец с кольцевой трещиной подвергают осевому растяжению и определяют значение разрушающей наг­ рузки Р*. Для рассматриваемой стали Р* = 5100 кГ.

5.После разрыва образца измеряют действительное значение перешей­

коэффициента интенсивности напряжений Я ^ по формуле (VI. 13), полагая Р = Р*, т. е. _

в соответствии с требованием (VI. 14). Если подставить в правую часть не­ равенства (VI. 14) полученные данные

няется, то эксперимент необходимо было бы повторить при меньшей на­ грузке Qr

8. Проверяют выполнение условий автомодельности напряженно-дефор­ мированного состояния около вершины трещины. Эти условия сводятся к неравенствам (VI. 15), т. е.

d ^ d ; D ^ Я0,

где

(V I.18)

Подставив полученные значения Я ^ и ат для стали 40Х в эти соотношения* найдем

= 1,63 мм; DQ = 2,35 мм.

9. Заключение. Исходные размеры образца: диаметр D0 = 16 мм и пе­ решеек кольцевой трещины d = 8,8 мм — удовлетворяют условиям (VI. 18). Следовательно, значение коэффициента интенсивности напряжений

Я<1°с> является значением трещиностойкости материала Я ^ = Я 1с. В данном случае для стали 40Х имеем

Я1с = 146 кГ/мм*/*.

Пр и м е ч а н и е . Если окажется, что размеры Z)0 и d не удовлетворяют условиям (VI. 18), то эксперимент необходимо повторить при больших зна­ чениях этих параметров для установления истинной величины Я 1с.

10.Составляют протокол испытаний (см. приложение 1).

новленные соответственно по схемам растяжения и изгиба цилиндрического образца с кольцевой трещиной.

4. Методика определения критического раскрытия трещины

В последние годы для оценки работоспо­ собности квазихрупких материалов (материалов достаточно плас­

противления материала хрупкому разрушению, т. е. мерой его трещиностойкости, есть критическое максимальное раскрытие трещины 6К (расстояние между берегами трещины) в тупиковой части в момент ее страгивания (см. рис. 37).

Критическое раскрытие трещины 6К считают константой мате­ риала при заданных условиях (температуре, скорости деформи­ рования и толщине элемента), т. е. при тех же условиях, что

Рис. 53. Схема установки для записи диаграммы разрушения нагрузка — перемещение трещины:

I — образец; 2 — захват; 3 — динамометр; 4 — блок питания; 5 — дат­ чик раскрытия; 6 — двухкоординатный самописец.

и значение К\с. Как следует из теоретических концепций 6Кмодели [82], характеристика 6Кнепосредственно связана с пласти­ ческими деформациями материала в окрестности вершины трещи­ ны и, следовательно, более полно отражает свойства материала оказывать сопротивление распространению в нем трещины.

Разработка методов оценки трещиностойкости материала в виде определения значений характеристики бк связана с подбором та­ ких форм испытываемого образца, таких силовых схем нагруже­ ния, которые были бы просты для экспериментальной реализа­

при растяжении цилиндрического образца с внешней кольцевой трещиной. В гл. II дано решение задачи о предельно-равновес­ ном состоянии цилиндрического образца с внешней кольцевой трещиной при осевом его растяжении (см. рис. 5, 7). Решение выполнено в рамках бк-модели и установлены необходимые соот­

Т а б л и ц а Э

6К. Если нет возможности изготовить образцы необходимых раз­ меров, то 6К является условным, т. е. характеристикой свойств образца, а не материала.

5. Оценка влияния некоторых структурных факторов и рабочих сред на трещиностойкость материала

Трещиностойкость материала зависит от особенностей его структуры, температуры испытания, рабочей среды и других факторов. Используя предложенную методику, можно установить степень влияния таких факторов на изменение значений К\с и, следовательно, на работоспособность материала в конструкции в заданных условиях.

Влияние термической обработки. Рассмотрим влияние темпе­ ратуры отпуска на трещиностойкость сталей 45 и У9, существенно отличающихся содержанием углерода. Цилиндрические образцы из указанных сталей подвергали закалке (сталь 45 при температу­