Файл: Школьник, Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 106
Скачиваний: 0
рактеристиками |
макроскопической, |
а во втором — с |
ха |
рактеристиками |
микроскопической |
прочности материа |
|
ла. Разрушение |
же, как известно, |
больше связано |
не |
с общей прочностью материала, а с прочностью локаль
ных зон. При данном уров |
|
|
|
|
||||
не вязкости |
разрушения ве |
|
|
|
|
|||
личина допустимых |
прило |
|
|
|
|
|||
женных |
напряжений |
умень |
|
|
|
|
||
шается с ростом длины тре |
|
|
|
|
||||
щины (рис. 26). |
|
|
|
|
|
|||
Выше |
отмечалась |
связь |
О |
10 |
20 30 |
НО |
||
параметра |
интенсивности |
|||||||
|
Длина |
трещинт,пп |
||||||
напряжений |
К или размаха |
|
|
|
|
|||
Д/( со скоростью роста тре |
Рис. 20. |
Зависимость |
м е ж д у допу |
|||||
щин и с моментом конечно |
стимым уровнем приложенных на |
|||||||
пряжении |
и длиной |
трещины |
||||||
го разрушения. Этим не ог |
|
|
|
|
||||
раничивается |
универсаль |
|
|
|
|
|||
ность этого параметра. В работе [36] показано, что ко эффициент интенсивности напряжений находится в тес
ной |
корреляционной |
зависимости не только со |
Скоро |
|||||
стью |
роста трещин, |
но |
при наличии острых надрезов и |
|||||
с |
количеством циклов |
до возникновения трещин |
(рис. |
|||||
|
30 |
|
|
|
|
|
|
90 |
|
25 |
|
|
|
|
|
|
75 |
|
го |
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
ВО |
|
Ю |
|
|
|
|
|
|
|
|
юо |
|
woo |
'OOOO |
ІООООО N |
|||
Рис. |
27. |
Зависимость |
м е ж д у размахом интенсивности |
напряжений |
JO АК |
|||
и |
числом |
циклов NT |
д о |
возникновения усталостной |
трещины у |
острого |
||
|
|
|
|
|
|
надреза |
|
|
73
27). |
Число |
циклов NT |
до |
возникновения |
трещины в мяг |
||
кой |
стали |
рекомендуется |
подсчитывать |
по |
уравнению |
||
|
|
УѴТ = 2,63-103 [ Д / Х і / р ^ р 7 ] - ' , |
|
||||
где |
Po — критическое |
знамение |
радиуса |
надреза р; |
|||
|
р' — эффективный |
радиус |
надреза ( р ' = р |
п р и р ^ р 0 ; |
|||
|
р' = ро при р ^ р о ) . |
|
|
|
|||
Критическое значение |
радиуса надреза ро=0,25 мм. |
||||||
Значения р меньше указанной |
величины могут быть при- |
||||||
Рис. 28. |
Зависимость |
м е ж д у отношением размаха |
эффективного коэф |
|
фициента |
интенсивности напряжении (ДА7р'/=) |
и |
количеством циклов |
|
|
NT д о |
возникновения усталостной |
трещины |
|
равнены к ней, так как дальнейшее увеличение остроты надреза не влияет на УѴТ. При больших значениях глу бины надреза ІѴТ коррелирует с отношением А/С р 1 / 2 (рис.28).
Аналогичные результаты получены и при определе нии вязкости разрушения — установлено существование критического значения радиуса надреза, снижение кото рого не ведет к дальнейшему охрупчиванию (для того, чтобы произошло разрушение необходимо наличие ми нимального напряженного объема). Предельно острым
74
будет надрез, имеющий такую длину и такой радиус ос нования, изменение которых ne приводит к уменьшению
разрушающей |
нагрузки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Для надрезов с радиусом больше критического чис |
|||||||||||||||||
ло циклов до возникновения трещины NT |
является |
функ |
|||||||||||||||
цией АК/р',г- |
|
Число |
циклов NT |
может |
быть |
установлено |
|||||||||||
и по |
величине |
пластического |
смещения |
бс |
(раскрытия |
||||||||||||
устья |
трещины) |
за |
весь |
период |
циклического нагруже |
||||||||||||
ния до |
возникновения |
трещины |
[36]: |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2yG |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
я (ДК)3 |
|
|
|
|
|
|||
где 7 = Фс(Тт — |
работа |
пластической |
деформации, |
при |
|||||||||||||
ходящаяся на единицу поверхности разрушения. |
|
|
|||||||||||||||
Приведенные |
уравнения |
для |
|
|
|
|
|
||||||||||
J V t вместе |
|
с |
соответствующими |
|
|
|
|
|
|||||||||
выражениями |
закона |
роста |
тре |
|
|
|
|
|
|||||||||
щин и величиной |
К і с |
в ряде |
слу |
|
|
|
|
|
|||||||||
чаев |
могут |
явиться |
достаточной |
|
|
|
|
|
|
||||||||
базой |
для |
|
установления |
общей |
|
|
|
|
|
||||||||
долговечности |
материала, |
вклю |
|
|
|
|
|
||||||||||
чающей |
период, |
|
предшествую |
|
|
|
|
|
|||||||||
щий |
возникновению |
трещины |
и |
|
|
|
|
|
|||||||||
время работы с трещиной. Если |
|
|
|
|
|
||||||||||||
известно |
критическое |
значение |
|
|
|
|
|
||||||||||
коэффициента |
интенсивности |
на |
|
|
|
|
|
||||||||||
пряжений |
К[с |
и |
скорость |
рос |
|
|
|
|
|
|
|||||||
та трещин |
при |
данном виде |
на |
Рис. 29. Типичная кривая |
|||||||||||||
гружения, |
|
можно |
|
установить |
изменения |
скорости |
роста |
||||||||||
|
|
усталостных трещин в ли |
|||||||||||||||
фактическую |
долговечность |
об |
стовых |
о б р а з ц а х |
в |
зависи |
|||||||||||
разца |
или |
детали. |
Усталостные |
мости |
от размаха |
интенсив |
|||||||||||
ности |
напряжений |
|
(/1 — об |
||||||||||||||
трещины растут до тех пор, |
по |
ласть |
нераспространяющнх- |
||||||||||||||
|
|
ся |
трещин) |
|
|||||||||||||
ка интенсивность |
напряжений |
не |
|
|
|
|
|
||||||||||
достигнет |
критического значения |
К і с , |
при |
которой нач |
|||||||||||||
иется мгновенное разрушение |
(рис. 29). |
|
|
|
|
||||||||||||
Кратко рассмотрим методы определения К и К \ с -
3.ВЫБОР ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ОБРАЗЦОВ
Взависимости от целей исследования для получения сравнительных данных о1 скорости роста трещин и дли тельности периода живучести могут быть использованы образцы различной формы и размера, а также детали
75
пли конструкции в натуральную величину или их моде ли. В их число входят образцы для испытания на уста лость по ГОСТ 2860—65; иестандартизованные круглые, листовые, плоские и прямоугольные образцы — гладкие и с надрезами; специальные образцы с большим коли
чеством |
надрезов, предложенные |
П. И. Кудрявцевым |
|||
[37]; образцы |
с напрессованными |
втулками и |
кольца |
||
ми подшипников; сварные образцы и др. |
|
||||
Обобщение накопленного опыта позволяет сформу |
|||||
лировать |
некоторые |
общие принципы выбора |
формы |
||
и размеров образцов, |
отметить области их npeilMyinecT- |
||||
|
zr/'/W/? |
|
|
|
|
|
240 |
360 |
Ш |
|
|
Рис. 30. Развитие пластиче ской зоны у надреза в за
висимости |
от размаха |
ин |
тенсивности |
напряжений |
(а) |
в образцах |
(б), испытанных |
|
на |
изгиб: |
|
|
» |
|
/ — при статической нагруз ке; 2 — п р и циклической на грузке
U0 вО /го 160
SN J
63 63
200
л
Y*
Ш
76
венного применения п особенности подготовки для изу чения скорости роста усталостных трещин.
Выше отмечались большие преимущества, которые обеспечивает анализ с позиции механики разрушения. Пользоваться представлениями линейной механики раз рушения и, в частности, характеристикой вязкости раз рушения, можно лишь в том случае, если в вершине надреза в образце будет плоское деформированное со стояние при возможно минимальной величине зоны пла стической деформации. Это условие накладывает опре деленные ограничения на выбор формы и размеров об разцов. В частности, установлено, что для плоских образцов критическим размером является толщина; ее ве личина должна превышать некоторую критическую, зави сящую от условий нагружения и предела текучести ма
териала. |
|
|
|
|
|
|
|
На |
рис. 30, а |
[38] |
приведена |
зависимость |
между |
||
ry/b и |
АК для |
образцов |
из высокопрочной |
стали, |
пред |
||
ставленных на |
рис. 30,6; |
сгт = 1280 |
Мн/м2 |
(128 |
кГ/мм2). |
||
Верхняя кривая |
характеризует развитие |
пластической |
|||||
зоны в надрезе при статической нагрузке изгибом, ниж
няя — при |
циклической нагрузке, при которой, по |
Пари |
||
су, размер |
зоны составляет J /4 от |
размера |
зоны, |
возни |
кающей при статической нагрузке, |
т.е. гу |
= — (A/(/aT )s . |
||
Пунктирной линией ограничены условия, при которых толщина образцов достаточна для того, чтобы обеспе чить возникновение в надрезе плоского напряженного состояния.
П л о с к и е о б р а з ц ы с ц е н т р а л ь н ы м о т в е р с т и е м и с начальными «стартовыми» надрезами в стен ках (рис. 31, а) удобны для тонколистового материала. Рост усталостных трещин фиксируется визуально, мето дом электрического потенциала или другими способами. Для обеспечения равномерности напряженного состоя ния по рабочему сечению образцов и ограничения пла
стической |
зоны у надреза |
длина начального надреза |
||
должна быть небольшой l^.w,!6, отношение длины |
рабо |
|||
чей части |
к ширине образца |
àw>3—4, |
отношение |
рас |
стояния между осями отверстий для пальцев, передаю щих нагрузку к ширине образцаL't w>6.
Коэффициент интенсивности напряжений рассчиты вают по формуле
77
|
к |
rP |
|
|
|
|
bw |
1/2' |
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
|
|
|
|
|
г - |
1,77 (^)1/2 + 0,45 fML)S/3- |
|
2,04 |
+ |
|
+ |
21і 6 (М1)7 / 8 ; |
|
|
|
|
|
/ — сумма надреза и трещин |
с обеих |
сторон отвер |
||
стия. Недостатком таких образцов является то, что по
К,кГ/мм3'1
120
е
W
га
/50 250 500 7000 2000 Скорость роста трещи//, мк/і/ци/гл
Рис. 31. Плоский |
образец |
с |
цент |
||
ральной |
щелью |
(а); |
зависимость |
||
скорости |
роста трещин |
(б) в |
таких |
||
образцах |
от угла |
наклона |
щели |
||
(/ — 0°; |
2 — 45°); |
плоский |
о б р а з е ц |
||
с односторонним |
боковым |
надрезом |
|||
(в) и плоский о б р а з е ц |
с несквозной |
||||
центральной |
щелью |
(г) |
|
||
78