Файл: Дорофеев, А. Л. Индукционная структуроскопия.pdf

ли, что перегрев хромоникелевых сплавов ведет к суще­

щих элементов в этой зоне появляется особая фаза, что дает возможность определить степень и температуру перегрева деталей.

В ВВС США имелись случаи потери прочности дисков из стали 4340 турбины самолета В-47. В 1959 г. по этой причине было пять аварий. Работы по предсказанию жи­ вучести позволили вернуть в эксплуатацию диски общей стоимостью выше 1 млрд. долл., что в несколько раз пре­ высило сумму средств па исследовательские работы

вэтой области.

Вгл. 7 мы указывали па связь между магнитной про­ ницаемостью и механическими напряжениями. Возмож­

ность количественной оценки остаточных напряжений в ферромагнитных материалах высказывалась многими исследователями [Л. 2, 5]. Имеются работы по оценке этих напряжений с помощью низкочастотных электромаг­ нитных приборов с проходной катушкой, дающих инте­ гральную характеристику состояния образца по всему периметру на сравнительно большую глубину [Л. 47]. Определенные возможности здесь открывает применение приборов с накладной катушкой, работающих иа часто­ тах от 1 до 2 ООО кгц [Л. 9, 29]. Механические воздействия вызывают в поверхностном слое ферромагнитного метал­ ла структурные изменения, которые фиксируются этими приборами. Изменения происходят в очень тонком, слое, обычно не превышающем 20 мкм, где и появляются оча­ ги будущих трещин.

Таким образом, техническая диагностика с помощью вихревых токов включает:

1) средства и методы раннего обнаружения зон струк­ турной неоднородности — возможных очагов трещин;

2)средства и методы выявления небольших и субма­ кроскопических усталостных и других трещин, а также оценку живучести деталей с этими трещинами-,

3)методы определения степени износа поверхностных защитных слоев на деталях, включая непроводящие по­ крытия, плакировку и т. п.

Метод вихревых токов находит применение во всех перечисленных направлениях, но наибольшие успехи имеются при его применении для выявления трещин уста­ лости.

158

8-2. УСТАЛОСТЬ

Примерно 90% всех поломок являются следствием усталостных разрушений.

Усталостные разрушения характеризуются наличием типичных участков последовательного развития трещин: очага разрушения, участка ускоренного развития, участ­ ка окончательного разрушения (зоны долома) (Л. 9, 27].

На участках ускоренного развития дефектов видны усталостные линии, образующиеся вследствие изменения величины действующих напряжений или прекращения действия эксплуатационной нагрузки. Чем сильнее при­ терт излом, тем меньше перегрузка, тем длительнее об­ разовывался излом. С увеличением размеров зерен по­ верхность излома становится менее гладкой и более по­ хожей на хрупкий излом в зоне долома.

Единой точки зрения на процесс усталостного разру­ шения в настоящее время нет. Очевидно, что разруше­ нию предшествует пластическая деформация, однако счи­ тать предел усталости равным пределу упругости нельзя. Общепринятая теория упрочнения исходит из того, что в реальных сплавах всегда содержатся дефекты, которые можно рассматривать как уже готовые очаги усталост­ ного разрушения.

Можно считать установленным, что пластические сдвиги, возникающие в металле под действием цикличе­ ской нагрузки, приводят к наклепу и перераспределению напряжений как между зернами, так и внутри самих зе­ рен. Наклеп для многих металлов сопровождается увели­ чением твердости. Пластическая деформация накапли­ вается в результате скольжения и двойникования вдоль тех же кристаллографических плоскостей и по тем же направлениям, что и при действии статических нагрузок. И. А. Одинг дополнил эту теорию, обратив внимание на то, что циклические повторяющиеся напряжения вызыва­ ют в металле два одновременно протекающих' явления: упрочнение и разупрочнение [Л. 31]. Упрочнение связы­ вается с наклепом и старением, а разупрочнение — с по­ явлением напряжений второго рода, искажений третьего рода, дроблением кристаллов на блоки.

Эффективность действия упрочнения и разупрочнения в процессе циклической нагрузки проверила С. И. Кишкина с сотрудниками. Темп снижения хрупкой прочности разных металлов различен и зависит от величины цикли­ ческой вязкости. Чем она выше, тем сильнее при прочих

159

равных условиях будет снижаться сопротивление разры­ ву и тем ниже долговечность.

Причиной большинства усталостных разрушений явля­ ется наличие концентраторов напряжении. Вблизи резких уступов, выточек, борозд, небольших сквозных отверстий и даже просто царапин напряжения оказываются значи­ тельно большими, чем в остальных точках.

Концентрация напряжений — фактор, вызывающий перемещение зерен по их границам и пластическую де­ формацию материала.

В начальный инкубационный период развития тре­ щины плотность дислокаций растет.и внутренние напря­ жения увеличиваются. При этом в ферромагнитных ма­ териалах движение доменных частиц затрудняется. По мере увеличения нагрузки появляются линии скольже­ ния, имеющие тенденцию к расширению. Отдельные ча­ сти зерна темнеют. Возникает множество линий, сдвигов, переходящих затем в трещины.

Считают, что второй период связан с интенсивным образованием вакансий и их «оттоком» в субмикроско­ пические нарушения сплошности. С появлением субми­ кроскопических трещин плотность дислокаций уменьша­ ется и, следовательно, облегчается движение доменных границ. Поэтому если в первом периоде магнитная про­ ницаемость снижается, а электрическая проводимость не изменяется, то во втором периоде магнитная проницае­ мость увеличивается, а электрическая проводимость сни­ жается. В третьем периоде субмикроскопические трещи­ ны перерождаются в микротрещины. При этом движение доменных границ еще больше облегчается, что вызывает увеличение магнитной проницаемости. При увеличении напряжений плотность образующихся полос скольжения выше и поэтому трещины появляются раньше. Важным предшественником их появления является возникнове­ ние на поверхности детали шероховатости. На процесс упрочнения при начальных стадиях зарождения трещины оказывает влияние большое число факторов (вид нагружения, способ задания нагрузки, уровень нагружения.

160

Чем меньше ширина раскрытия таких искусственных де­ фектов, тем более они эффективны и ближе к естест­ венным.

Периодичность проверки зависит от скорости роста трещин. Скорость роста трещин «бусловливается многи­ ми причинами [Л. 46].

Разработаны различные критерии оценки скорости роста трещин для определенных материалов. Однако их применение ограничивает «масштабный» фактор, т. е. влияние на скорость развития трещин размеров детали. Нередко обстоятельства заставляют, эксплуатировать де­ тали с трещинами. В этом случае нужно знать пример­ ную скорость развития трещин и проверять участки с де­ фектами возможно чаще.

ность проверки в этом случае составляла 5 ч. Показания дефектоскопов на однотипных деталях за­

В практике контроля деталей в эксплуатации имели место случаи ложных показаний наличия дефектов. Поиски средств по уменьшению влияния мешающих фак­ торов привели к созданию способа индикации дефекта по характерному звуковому тону (способ прерывистой генерации).

8-4. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ ДЕТАЛЕЙ С ТРЕЩИНАМИ

Существует несколько методик по исследованию вре­ мени жизни деталей с трещинами и скорости распростра­ нения трещин методом вихревых токов. Самый простой из них связан с нанесением концентратора напряжений на образец, испытывающийся на циклическую нагрузку, и поочередным выключением испытательной машины для обнаружения трещин или измерения ее размеров.

Такая методика была использована при исследовании образцов из сплава «авиль» на горизонтальных пульса­ торах фирмы Шенк (сила 2 и 5 тс, частота нагружения 2400 циклов в минуту). При нагрузке 13 кгс/мм2 время до разрушения колебалось от 3 ч 21 мин до 64 ч 40 мин.

162

В четырех случаях из шести трещина была зарегистриро­

разцов с трещиной для всех четырех случаев приблизи­ тельно оставалась постоянной и равной 30%.

По той же методике нами проводились испытания натурных образцов лонжеронов и отсеков металлических лопастей на механических резонансных вибраторах. Меметодика нагруженпя этих образцов задавалась заранее и обусловливалась техническими условиями испытаний (обычно эти испытания ведутся при растягивающем уси­ лии 900 кгс). Число оборотов вибратора и амплитуда колебаний задавались в соответствии с режимом испы­ таний. Нагрузка изгиба изменялась от 2,5 до 10 кгс/мм2. Для увеличения нагрузки через каждые 20 млн. циклов увеличивалась амплитуда колебаний. На первых режи­ мах образцы проверялись через каждые 8 ч работы, за­ тем интервалы между проверками сокращали.

Лишь в одном случае удалось найти трещину при

ка этого участка была сделана за полтора часа до появ­ ления трещины. Переносить результаты испытаний об­ разцов на крупногабаритные детали больших размеров не следует. Дальнейшие исследования образцов с концен­ траторами при асимметричной циклической нагрузке по­ зволили установить, что с увеличением числа циклов до разрушения отмечается тенденция к сокращению про­ должительности жизни образцов.

Исследовано возникновение и рост трещин при испы­ таниях на выносливость прокатанных, плакированных, прессованных и неплакнрованных образцов из сплава Д16. Толщина листов равнялась 3,5 и 4 мм. Ширина образца в наиболее узкой части была 30 мм. В первых опытах для концентрации напряжения по середине об­ разца просверливалось отверстие диаметром до 4 мм. Коэффициент концентрации а равнялся 2,66. При испы­ таниях использовались два датчика, которые устанавли­ вались по обе стороны листа на отверстие с помощью прижимного приспособления. Запись проводилась во все

изменения температуры помещения. Были построены кри­ вые выносливости образцов (зависимость между напря-