книги из ГПНТБ / Дроздовский Б.А. Влияние трещин на механические свойства конструкционных сталей

щина от циклической ударной нагрузки при различном цикли­ ческом напряжении и числе циклов, менявшемся от 5000 до 500000; г) трещина, полученная при насыщении заневоленного образца водородом путем электролиза.

Получение закрытого надреза. И. В. Кудрявцев [150] приме­ нил закрытый надрез, полученный путем обкатки роликом в хо­ лодном состоянии (как имитация дефектов при усталостных ис­ пытаниях). Однако даже после значительной методической ра­ боты над этим способом большинство полученных им закрытых

надрезов не были строго перпендикулярны к поверхности образ­ ца и наблюдались случаи несмыкания металла в вершине над­ реза.

Не рассчитывая на этот вариант как на основной, учитывая сложность получения закрытых надрезов холодной обкаткой, мы испробовали более простой способ — горячую осадку надре­ занного образца, хотя радиус основания надреза, полученного таким способом, естественно больше, чем при холодной обкатке.

Были изготовлены образцы (рис. 90) с надрезом, которые подвергались осадке в стыковой сварочной машине до смыкания надреза. С целью уменьшения окисления образец в процессе осадки обдувался струей технического аргона. Температура при осадке, судя по цвету накала, была в пределах 1000— 1100°. После осадки образцы подвергались нормализации при 950°, для устранения перегрева, возникшего при осадке, тер­ мически обрабатывались по заданному режиму и затем доводи­ лись до окончательных размеров (рис. 91). Измерение глубины и радиуса основания надреза проводилось на шлифованных бо­ ковых гранях инструментальным микроскопом.

Из рис. 92 видно, что направление надреза перпендику­ лярно опорной плоскости, радиус закругления вершины надреза довольно значителен. По измерениям на боковой поверхности он колебался в пределах 0,03—0,12 мм, причем какой-либо определенной закономерности в колебаниях разрушающей на­ грузки при статическом изгибе в зависимости от величины ра­

Сопоставление образцов с трещинами, полученными разными способами 167

вес бабы 4 кг, высота падения 22 мм, энергия удара 0,088 кгм). Для получения односторонних трещин на призматических об­ разцах машина была оборудована приспособлением (рис. 94). Баба машины ударяет по ролику 2, изготовленному из инстру­ ментальной закаленной стали, который свободно лежит на об­ разце и прижимается к нему пружинами 1. и в то же время сво­ бодно скользит по пазу держателя ролика 3. Внизу с внутрен­ ней стороны на держателе имеется выступ, входящий в надрез и центрирующий держатель с роликом в заданном положении по отношению к надрезу. Образец фиксируется в боковом направ­ лении передвижными колодочками 8. а в продольном— ограни­ чителями 6. Пластинчатые пружины 4 удерживают образец от вертикального смещения после удара. Образец лежит на смен­ ных колодочках 9 из закаленной инструментальной стали. Ниж­

планки прижимаются к станине через колодочку 7 с помощью гайки 5, навертываемой на болты, закрепленные :в станине ма­ шин. Таким образом, при точном изготовлении .образцов (пер­ пендикулярность граней и параллельность им дна надреза) удар производится строго против надреза и по всей грани об­ разца. Боковые грани образца после шлифовки на плоскошлифовальном станке зачищались наждачным полотном № 220 до получения только продольной штриховки.

На требуемом расстоянии от ненадрезанной узкой грани про­ водились продольные риски на обоих широких гранях. Появле­ ние трещин в процессе испытания образца повторными удара­ ми сопровождалось незначительной утяжкой на боковых гранях (рис. 95), по которой можно было определить глубину трещи­ ны по поверхности. Несколько наклонное направление этой утяжки, видное на рис. 95, не означает наклонного положения основной внутренней трещины, а отражает след разрушения небольшого скоса, образующегося от указанной утяжки. Этот скос виден в изломе образцов после их разрушения (рис. 96).

Сама трещина настолько тонка, что невооруженным глазом, и даже в 5—6-кратную лупу, почти не заметна. На нетравленом шлифе, даже при увеличении в 1500 раз (рис. 97, а), она пред­ ставляется в виде тонкой линии, ширину которой трудно точно измерить. На травленом шлифе (рис. 97, е) ширина трещины составляет примерно 0,5—0,7 мк. Однако это четкая черная ли­ ния, видимо, представляет собой результат окисления кромок трещины, так как после перелолировки травленого шлифа она исчезает и вновь появляется тонкая линия, характерная для не­ травленого шлифа. Возможно, что при полировке трещина ча-

Сопоставление образцов с трещинами, полученными разными способами 17!

жений для баб различного веса, при различной высоте падения и различном расстоянии между опорами (табл. 25).

Т а б л и ц а 25

Определение напряжений в образце при повторных ударах по отпечаткам стального конуса, ввинченного в бабу ватины, на шайбе из сплава Д16Т

Приведенные в таблице напряжения даны без учета теоре­ тического коэффициента концентрации, который для данной формы надреза в упругой области близок к 3,8 [18].

Условное напряжение от циклического ударного изгиба ко­ лебалось от 9,3 до 33.8 кг/мм2.

При условном напряжении 33,8 кг/мм2, при котором проводи­ лось большинство испытаний, разрушение образца происходи­ ло после 10 -т- 30 тыс. ударов, т. е. циклические ударные на­ пряжения намного превосходили предел выносливости и изло­ мы, полученные при этих напряжениях, согласно классифика­ ции Д. Н. Видмана [152], должны быть причислены к изломам циклической перегрузки. Поэтому трещины, полученные при этих напряжениях в дальнейшем считаются трещинами цикли­ ческой перегрузки. После получения трещины образец шлифов­ кой доводился до размеров, показанных на рис. 91. Образцы испытывали на машине ИМ4А е записью диаграмм изгиба в большом масштабе. Применялся изгиб сосредоточенной на­ грузкой ножом, с радиусом закругления 1 мм, при расстоянии между опорами 40 мм. Глубина трещины точно измерялась на инструментальном микроскопе по излому разрушенного образ­ ца в 6 точках (через 1 мм). Из полученных значений определя­ лась средняя арифметическая, которая принималась как сред­ няя глубина трещины. Высота сечения «нетто» определялась как разность полной высоты и средней глубины трещины плюс глубина оставшегося надреза (надрез сошлифовывался непол­ ностью, часть его глубиной 0,2—0,3 мм оставляли, чтобы было легко обнаружить места трещины).

Образец (см. рис. 93) из стали ЗОХГСА,' закаленный в мас­ ле без отпуска, шлифовали, надрезали и покрывали пластич­ ным хлорвиниловым лаком. После высыхания лака в дне над­ реза процарапывали бритвой тонкую риску на лаке до металла. После этого образец зажимали в приспособлении, где ему вин­ том сообщалась изгибающая нагрузка, равная 620 кг (опреде­ лялась по прогибу образца, измеряемому индикатором).

К клемме приспособления присоединяли отрицательный по­ люс выпрямленного тока напряжением 4 б, и приспособление закладывали в сосуд, наполненный 10%-ным водным раство­ ром кислого сернокислого натрия. Анодом служила пластинка нержавеющей стали, помещенная в тот же сосуд.

Через образец в течение 1 мин. пропускали ток силой 4 а, после чего образец вынимали из электролита и наблюдали за распространением трещины на поверхности. Если трещина не появлялась через 15 мин., то образец вновь погружали в элек­ тролит под током на 1 мин. На поверхности обычно была видна не сама трещина, а утяжка от внутренней трещины, не доходя­ щей до поверхности примерно на 0,1 мм. В том случае, когда образец оставляли без отпуска в течение нескольких часов, рас­ пространение трещины вглубь и разрушение поверхностной пленки в утяжке происходило уже без какой-либо внешней на­ грузки и без дополнительного наводороживания.

На рис. 99 показан подобный образец, имевший утяжку без трещины на поверхности и оставленный без отпуска в течение двух часов.

На рис. 100 видно, что направление трещины у выхода на поверхность боковых граней меняется. Окончательный «долом» происходит под углом 45° к боковой грани, т. е. даже -при хруп­ кой водородной трещине имеются «скосы» у поверхности, ука­ зывающие на разрушение, сопровождающееся пластической де­ формацией.

После получения утяжки на поверхности требуемой глуби­ ны образец подвергали отпуску при 220° в течение двух часов, а затем доводили до высоты образца (см. рис. 91) и, кроме то­ го, с каждой боковой грани сошлифовывалось по 0,1 мм с целью уничтожения поверхностной пленки утяжки.