Файл: Школьник, Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла.pdf

мера, ориентировки и расположения), но и определять их размеры и автоматически фиксировать скорость рас­ пространения.

До стадии практического применения доведены ме­ тоды, которые позволяют рассматривать развитие про­ цесса усталости в функции линейных размеров или пло­

на киноили магнитной ленте), без остановки испыта­

ях, позволяющих наблюдать трещину, или при отсутст­ вии таких условий (работа образца или детали в закрытом месте или в жидкой среде).

Методы фиксации и измерения длины трещины в об­ разцах при испытании на усталость и для определения вязкости разрушенияво многих случаях аналогичны.

Использование большинства методов не вносит ка­ ких-либо осложнений в ход испытания и не влияет на получаемые при этом прочностные характеристики, по­ зволяя, однако, одновременно иметь ценные дополни­ тельные сведения.

В зависимости от принципов, положенных в их осно­ ву, методы анализа хода усталостного разрушения мо­ гут быть разделены на три большие группы (рис. 3):

1)методы непосредственного наблюдения;

2)физические методы;

3)методы, основанные на фиксации изменений свойств материала.

Рассмотрим особенности и возможные области ис­ пользования отдельных методов.

1.МЕТОДЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО НАБЛЮДЕНИЯ

Условно методы непосредственного наблюдения можно разделить на визуальные, цветовые и фрактографические.

ем оптических и электронных микроскопов позволяют проводить наиболее топкие исследования на стадии воз­ никновения зародышевых трещин, а также субмнкро-

18

il микротрещип. Оптические микроскопы монтируют на испытательной машине или проводят испытание образ­ цов непосредственно под объективом стационарного микроскопа. Использование микроскопа и стробоскопи­ ческого освещения позволяет на вращающемся образце

6

Рис. 4. Схема испытательной машины с синхронизацией частоты вспышки нмпульспоіі лампы ИСШ-15:

фиксировать приращение длины трещины с точностью 0,03 мм (при увеличении 56). Характер развития тре­ щин изучают на шлифах диаметрального сечения опас­ ной зоны образцов, не доведенных до полного разру­ шения.

При испытании образцов, (чистый изгиб с вращени­ ем) на серийных испытательных машинах раскрытие трещины усталости происходит в нижних волокнах об­ разца, что затрудняет непосредственное наблюдение. Модернизация системы нагружения [1] выполнена та­ ким образом, что растянутые волокна рбразца располо­ жены вверху, что позволяет наблюдать через микроскоп МБ.С-2 раскрытую трещину усталости (рис. 4).

Оптическое автоматическое регистрирующее устрой-

ство [2] (рис. 5) для фотографической регистрации тре­ щин, возникающих и развивающихся в ходе испытаний, состоит из бинокулярного микроскопа, служащего для одновременного наблюдения п фотосъемки передней и задней сторон образца. В оптическую систему встрое­ но зеркальное устройство, позволяющее на каждом

Рис. 5. Блок-схема автоматического оптического регистрирующего устройства длины трещин:

кадре пленки фиксировать количество ступеней нагру­ ження, количество циклов на данной ступени и номер кадра. Зеркальную поверхность получают электролити­ ческой полировкой образцов.

В Институте машиноведения АН СССР разработана установка ИМАШ-10 [3], позволяющая осуществлять металлографическое изучение кинетики усталостного разрушения металлов в интервале температур от 20 до' 1200° С при нагружении плоских образцов переменным изгибом. Испытание при высоких температурах проис­ ходит в вакуумной камере. Частота вспышек строботрона типа ИСШ-3 автоматически синхронизирована с час-

^-.тотой колебания образца.

20

На рис. 6 представлена принципиальная схема уста­ новки ИМАШ-10. Плоский образец 1 с надрезами кре­ пится одним концом к неподвижной опоре, а вторым со­ единен с подвижным захватом 2 рычага, при качании которого происходит изгиб образца с частотой 3000 цик­ лов в минуту. Установка снабжена системой измерения

в процессе испытания на усталость. Наблюдение за мик­ роструктурой и ее фотографирование осуществляется через кварцевое смотровое стекло микроскопом 3 (типа

21

микроскопию реплик (см., например, работу [4]) . Из опытов, проведенных на малоуглеродистой стали с 0,08% С, установлено, что микротрещнмы возникают поразному, в результате расширения полос скольжения внутри зерна, по границам зерен или от карбидов и не­ металлических включений. Количество микротрещии увеличивается с повышением уровня действующих на­ пряжений. Мнкротрещипы зарождаются в течение пер­ вой трети времени, необходимого для разрушения об­ разца; в течение оставшихся 70% времени мнкротрещпны соединяются в магистральную трещину, ответствен­ ную за разрушение. Последняя возникает там, где было больше микротрещин.

Цилиндрические образцы диаметром 6 мм из низколе­

следовалась с помощью электронного микроскопа. Уста­ новлено, что усталостное разрушение в стали с высоким сто происходит путем образования транскристаллитпых полос скольжения (striaiion), а также путем образова­ ния интеркристаллитных трещин по границам первич­

С изменением уровня напряжения характер разрушения изменяется [4].

Для определения скорости роста усталостной трещи­ ны при данном уровне напряжения в опытах [4] изме­ ряли расстояния между полосами скольжения при раз­ личных длинах усталостной трещины.

Стробоскопический микрофотоскоп представляет со­ бой микроскоп с фотонасадкой и стробоскопическим осветителем, обеспечивающий с помощью фазосинхронизатора исследование рабочей части образца по всему периметру при увеличении от 25 до 120. Если образец освещен через объектив, увеличение может быть повы­ шено до 600. Для исследования рабочей части образца по всему периметру синхронизатор имеет фазирующее

22

разцу / держателем 2 прикреплен пакет-контрформа 3 из склеенных торцов волоконных световодов, оси кото­ рых нормальны к поверхности образца. Противополож­

изображение поверхности исследуемой части образца. Наблюдаемая поверхность образца освещается непосред­ ственно через световоды осветителем 5. Отраженный от объекта свет направляется по тем же световодам на экран. Фотографировать изображение можно непосредст­ венно с экрана или при помощи микроскопа 6 с фотона­ садкой 7.

Увеличение составляет 20—30. Меняя фазу синхро­ низации стробоскопического освещения, можно полу­ чить изображение рабочей части 'объекта в любой фазе

рующее оптико-механическое устройство с фотоэлект­ ронным умножителем увеличивает оптическое изобра­ жение на площадке рабочей части испытываемого образца, выделяет на этом изображении растр-элемент (элементарную площадку конечных размеров), преоб­ разует световую энергию в электрическую, создавая

и мгновенно воспроизводит на электрохимической бу­ маге соответствующее изображение растр-элемента. До­ полнительной обработки бумага не'требует.

Р. Ф. Кубяк положил фотоэлектрографический прин­ цип в основу автоматической регистрации развиваю­ щейся усталостной трещины непосредственно во время испытания.

Функциональная схема фотоэлектрографа для реги­ страции развернутого увеличенного изображения по­ верхностных трещин представлена на рис. 8, а, где Af— растр — элемент, выделенный анализирующим устрой­ ством на поверхности образца; Afi — растр-элемент, вы­ деленный диафрагмой и создающий световой сигнал;

24