Разрушения испытание

Изгибающие напряжения в сравнительных испытаниях легко создать в пластинчатых образцах с помощью скоб, изготовляемых из эбонита (рис. 338). Поместив напряженные таким образом образцы в коррозионную среду, отмечают появление на них коррозионных трещин и время их разрушения. Испытания обычно сопровождаются микроскопическим исследованием образцов.

Совместное скручивание и растяжение образца может приводить к реализации механизма роста трещин, вызывающего преимущественное формирование усталостных бороздок [77-80]. Это указывает на превалирование нормального (по типу I) раскрытия берегов трещины при развитии разрушения. Испытания трубчатых образцов с наружным и внутренним диаметрами 13 и 10 мм соответственно при 550°С показали формирование усталостных бороздок в нержавеющей стали 304 вплоть до соотношения А,т = Ду/Де = Дт/Да < 1,5 [77]. При этом угол ориентировки траектории трещины к оси растяжения образца достигал 65°. Большим соотношениям Я^ соответствовали выра-

больше распространяться по границам зерен. Выдержка под нагрузкой добавляет в этот процесс ускорение по нарастанию доли межзеренного разрушения. Испытания компактных образцов из сплава Inconel 718 при 650 °С с синусоидальной формой цикла частотой 20 Гц, треугольной формой цикла 0,1 Гц (10с) и трапецеидальной формой цикла в интервале выдержек под нагрузкой 10-300 с показали постепенное нарастание доли межзеренного разрушения от 15 до 65 % [60]. Переход от треугольной к трапецеидальной форме цикла с той же продолжительностью в 10 с приводил к возрастанию с 15 до 25 % доли межзеренного разрушения. В этом случае имеет место влияние на среднюю скорость роста трещины совместно процесса порообразования по границам зерен от ползучести и процесса внутризеренного разрушения с формированием усталостных бороздок. Их шаг в полной мере характеризует длительность процесса роста трещины в элементе конструкции, однако оценка факторов влияния на реализованный процесс должна быть проведена с учетом влияния выдержки под нагрузкой по соотношениям (7.15), (7.17) и по соотношению, предложенному в работе [60]. Во втором случае нагружения материала в области выше критических условий влияние изменения частоты нагружения, выдержки под нагрузкой и температуры не изменяет механизма формирования усталостных бороздок. С увеличением температуры их шаг нарастает в связи с различными процессами разрастания затупления вершины или нарастанием пор перед вершиной (см. рис. 7.12). Однако их количество полностью характеризует количество циклов нагружения образца, а следовательно, и разрушенного в эксплуатации элемента конструкции. Поэтому оценка длительности роста усталостных трещин по числу усталостных бороздок является корректной для практики. В этом случае может быть проведена оценка уровня эквивалентной деформации или напряжения по соотношениям, представленным в главе 4 настоящей книги. Решение прямой задачи моделирования роста трещин в условиях многофакторного воздействия оказывается более сложной проблемой. Необходимо использовать вид уравнения с различной величиной показателя степени у длины трещины на основе испытания образцов для различных материалов.

Применительно к решению задачи об определении причины разрушения элемента конструкции реализованный процесс роста трещины уже имеет указанный показатель степени. Он может быть определен в результате измерений шага усталостных бороздок по длине трещины, поэтому решение обратной задачи становится достаточно простой процедурой. По известным или предполагаемым значениям поправочных функций, полученным на основе испытания образцов, производится оценка реализованных условий процесса усталостного разрушения жаропрочных и нержавеющих сталей. Она позволяет дифференцировать процессы, реализованные в области низкочастотного, высокотемпературного нагружения и с выдержками материала под нагрузкой.

Испытания углеродистой стали с содержанием, %: С - 0,17; Мп -0,85; Si - 0,29; S - 0,019; и С - 0,22, Мп - 0,47; Si - 0,26; S - 0,008, Сг -1,54; Ni — 3,82 при частоте 0,5; 5; 40 Гц с асимметрией 0,1; 0,33 и 0,66 были выполнены на компактных образцах толщиной 12,5 мм в трех средах: воде, дистиллированной воде и 3,5 %-м растворе NaCl [120]. Цель исследования состояла в получении интегральных оценок поведения материалов с точки зрения формирования рельефа излома и возможности его идентификации по определенным признакам для разных условий испытания сталей со структурой феррита (ФР), перлита (ПР) и мартенсита (МР), а также для смешанных долей ФР + ПР и ФР + МР. Интервал предела прочности для исследованных сталей составил 514-1840 МПа. Было выявлено, что снижение частоты с 5,5 до 0,5 Гц сопровождается эквидистантным смещением кинетических кривых в 3,5 %-м растворе NaCl, несмотря на то что доминирующий рельеф излома в виде квазискола сопровождается появлением межзеренного разрушения.

Испытания на вязкость разрушения. Испытания на вязкость разрушения проводили при контролируемой скорости перемещения траверсы, равной 0,008 мм/с. Кривые зависимости нагрузки Р от величины смещения б были нелинейными из-за пластичности материала и стабильного роста трещины. Поэтому для построения кривых сопротивления росту трещины / и получения значений /ю был использован метод /-интеграла [6].

Вязкость разрушения. На рис. 4 представлены типичные кривые нагрузка — смещение при температурах 298, 76 и 4 К. При 76 К первый срыв нагрузки сопровождался едва слышным щелчком; затем нагрузка оставалась постоянной до разрушения. Испытания двух других образцов при

Первое свойство — это способность выдерживать не разрушаясь переменные нагрузки при высоких температурах; характеристикой его является условный предел выносливости, определяемый при заданной температуре и символически обозначаемый так: awm, 0^500- Индекс w указывает на то, что данное напряжение является условным пределом выносливости, второй числовой индекс указывает продолжительность испытания в часах. Можно поставить цель — исключить возможность разрушения от усталости. Тогда достаточно добиться того, чтобы условные пределы выносливости (ffmioo. ^500. •••) превышали соответствующие по продолжительности испытания пределы длительной прочности (ff10o, ОБОО. •••)•

7. Косвенные методы определения механических свойств металлов (испытания без разрушения).

7.1. Идея испытания без разрушения. Испытания образцов металла с целью определения его свойств, обсужденные выше, требуют в каждом случае изготовления образца и наличия довольно сложной испытательной машины. Иногда, изготавливая образец, приходится портить изделие. Стремление к упрощению методики определения свойств материалов, в частности к тому, чтобы не приходилось приводить в негодность изделие, явилось причиной создания таких методов, в которых величины, характеризующие свойства материала, определяются без разрушения образцов, а часто и без изготовления их — непосредственно на самом изделии, минуя причинение ему ущерба.

При расчетах длительной прочности конструкций возникает необходимость в оценке долговечности не только в стадии окончательного разрушения, но и в стадии образования макротрещин. При испытаниях необходимо получить информацию о напряжениях и деформациях, соответствующих началу разрушения. Учитывая сложность экспериментального определения напряжений и деформаций, соответствующих образованию трещин при заданной долговечности т, целесообразно при постановке базовых опытов измерять поперечные деформации if>TT в зоне образования макротрещин на разрушившихся образцах (при этом деформация о;тт будет в пределах

Модифицированная матрица, полученная на основе нитевидных кристаллов с хаотической их ориентацией в плоскости армирования, имеет также хрупкий характер разрушения. Испытание образцов, изготовленных на модифицированной матрице, на изгиб при малых отношениях llh не приводит к разрушению от расслоения. Даже при отношении llh ^. 3 наблю-

Нагрузку постепенно наращивают до разрушения образца. После сдвига покрытия пуансон осматривают для определения характера разрушения. Испытание считается действительным, если покрытие отделилось по границе с основным металлом.

Механизм ударно-абразивного изнашивания существенно различен в вязкой и хрупкой областях разрушения. Поэтому представляет интерес исследование зависимостей износостойкости наплавочных сплавов от их механических свойств раздельно для каждой из этих областей разрушения. Испытание всех наплавок, за исключением двух, независимо от уровня их легирования, показало более низкую износостойкость по сравнению с износостойкостью стали 45 в состоянии после закалки и низкого отпуска. Установлено, что твердость сплавов неоднозначно влияет на их износ при динамическом воздействии абразива. С увеличением твердости до ЯУю—4500 МПа износ сплавов уменьшается, отрыв частиц при этом происходит в результате многократной пластической деформации (вязкая область разрушения). С увеличением твердости наряду с отрывом частиц происходит хрупкое выкрашивание, износ при этом увеличивается (хрупкая область разрушения).

ПРОВА НА СКРУЧИВАНИЕ — определение способности металлич. проволоки к пластич. деформации при повторных скручиваниях с пост, или перем. направлением кручения. П. на с. проводится в приборах или машинах (ГОСТ 1545—63). Расчетная длина образца Z0=100 d (где d — диаметр проволоки), но не менее 50 мм и не более 500 мм. Образец зажимается с натягом (равным 2% усилия разрыва испытуемой проволоки) в захватах, один из к-рых имеет только продольное перемещение, др. только вращается вокруг оси образца. Последоват. скручиваниями в одном направлении (со скоростью ок. 60 об/мин для проволоки диаметром менее 3 мм и ок. 30 об/мин для диаметра 3 мм и более) образец доводится до разрушения; испытание недействительно при разрушении вблизи захватов (на расстоянии менее 3 мм) или при остановке в процессе испытания. Мера пластичности при П. па с. — число скручиваний до разрушения. За одно скручивание принимается один полный оборот (360°) вращающегося конца образца независимо от направления кручения. При переменном направлении кручения отмечается число переменных скручиваний. По виду излома и поверхности скрученной проволоки судят о неоднородности материала и наличии в нем дефектов: расслоений, трещин и т. п. (см. Технологическая проба).

Трубы должны выдерживать без признаков разрушения испытание внутренним гидростатическим давлением при нормальной и повышенной температурах при соблюдении условий испытаний, указанных в табл. 37.

Соединительные детали должны выдерживать без признаков разрушения испытание внутренним гидростатическим давлением при температуре 70 °С и соблюдении условий, указанных в табл. 100.

Модифицированная матрица, полученная на основе нитевидных кристаллов с хаотической их ориентацией в плоскости армирования, имеет также хрупкий характер разрушения. Испытание образцов, изготовленных на модифицированной матрице, на изгиб при малых отношениях llh не приводит к разрушению от расслоения. Даже при отношении llh ^. 3 наблю-

Соединительные детали должны выдержи- табл. 104 вать без признаков разрушения испытание Габаритные размеры присоединительных

Испытание на перегиб лент, листов и полос толщиной до 4 мм и шириной 20 мм производят по ГОСТ 13813-68, а проволоки различных сечений — по ГОСТ 1579-80. Образец длиной 100-150 мм зажимают в тисках со специальными губками и перегибают сначала на 90° до соприкосновения с губкой, затем в противоположную сторону на 180°. После этого образец перегибают второй раз на 180°, третий раз и т. д. до его разрушения. Испытание на усадку выполняют по ГОСТ 8817-73 в целях выявления способности металла принимать заданные размеры и форму. Этому виду испытаний подвергают сортовой прокат (толщиной до 30 мм в холодном и до 150 мм в горячем состоянии). На образце, выдержавшем испытание на усадку, не должно быть трещин, надрывов или излома. Испытания на расплющивание проводят по ГОСТ 8818-73 с прутками и готовыми заклепками в холодном состоянии. Цель испытаний — определение годности материала для изготовления

так же, как в образце для испытания падающим грузом. После того как пластина установлена на круглой матрице (рис. 2.59), на небольшом расстоянии над ней происходит взрыв, и давление расширяющегося газа нагружает пластину. В результате взрыва пластина деформируется, что дает возможность изучить характеристики разрушения. Испытание проводят при разных температурах. Результаты такого нагружения листовой судостроительной стали, используемой в период второй мировой войны, представлены на рис. 2.60, а-ж, на котором показаны деформированные пластины после нагружения при температурах с интервалом 7 °С.

ПРОБА НА СКРУЧИВАНИЕ — определение способности металлич. проволоки к пластич. деформации при повторных скручиваниях с ноет, или перем. направлением кручения. П. на с. проводится в приборах или машинах (ГОСТ 1545—63). Расчетная длила образца /0 = 100 d (где d — диаметр проволоки), но не менее 50 мм и не более 500 мм. Образец зажимается с натягом (равным 2% усилия разрыва испытуемой проволоки) в захватах, один из к-рых имеет только продольное перемещение, др. только вращается вокруг оси образца. Последоват. скручиваниями в одном направлении (со скоростью ок. 60 об/мин для проволоки диаметром менее 3 мм и ок. 30 об/мин для диаметра 3 мм и более) образец доводится до разрушения; испытание недействительно при разрушении вблизи захватов (па расстоянии менее 3 **) или при остановке в процессе испытания. Мера пластичности при П. на с.— число скручиваний до разрушения. За одно скручивание принимается один полный оборот (360°) вращающегося конца образца независимо от направления кручения. При переменном направлении кручения отмечается число переменных скручиваний. По виду излома и поверхности скрученной проволоки судят о неоднородности материала и наличии в нем дефектов: расслоений, трещин и т. п. (см. Технологическая проба).