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

8 X 1 0 мм, но с боковыми острыми надрезами глубиной 1 мм_ Трещина у этих последних образцов получалась после изготов­ ления боковых надрезов, которые служили для нее как бы на­ правляющими. Трещина начиналась не из центра сечения, а из; углов и имела не выпуклый, а вогнутый фронт (рис. 122).

Рис. 123. Зависимость разрушающего напряжения амакс и полной работы деформации а П при статическом изгибе от температуры ис­ пытания. Сталь ЗОХГСНА. Закалка с 89СР и отпуск 200 (кривые 1) и 500° (кривые 2):

а — образцы В (узкие); б — образцы тина У

Следует заметить, что для получения трещины циклической1 перегрузки при глубине надреза 1 мм требуется больше време­ ни, чем при глубине 2 мм. Кроме того, при малой глубине над-' реза трещина часто состоит из нескольких трещин, соединяю-* щихся между собой «перемычками», которые искажают резуль­ тат испытания изгибом. Поэтому циклическому нагружении* подвергались образцы с высотой и глубиной надреза на 1 мм?' больше, чем показано на рис. 91 и 120. Этот припуск сошлифовывался после получения трещины.

Хотя понижение температуры статического испытания узких, образцов В существенно уменьшает работу деформации и разру­

шающее напряжение, но не меняет соотношения этих величин между отпуском при 200 и при 500° для стали ЗОХГСНА (рис. 123 и табл. 32). Ударный изгиб тех же образцов выявляет хруп­ кость при отпуске 500° примерно в той же мере, как ударный изгиб образцов Менаже.

Как видно из табл. 32, ударная вязкость стали 12Х5МА (группы 16 и 17) после отпуска при 540° близка к величине а н после отпуска при 200°. Статический изгиб образцов В с тре­ щиной показывает изменение величины ап примерно вдвое при изменении температуры отпуска с 200 на 540°, тогда как удар­ ный изгиб тех же образцов показывает различие между этими состояниями в 6 раз.

стали ЗОХГСНА при отпуске 500°. Однако при понижении тем­ пературы до —70° величина ал для отпуска при 500° примерно вдвое ниже, чем для отпуска при 200° (табл. 33).

Ударное испытание тех же образцов при +20° показывает примерно то же соотношение между вязкостью этих материа­ лов. Для стали 12Х5МА хрупкость при отпуске 540°, при стати­ ческом испытании образцов У выявляется несколько слабее, чем при испытании образцов В. Ударное же испытание обоих типов образцов показывает, что работа деформации при отпуске 540° в шесть раз меньше, чем при отпуске 200°.

Таким образом, ударное испытание образцов с трещинами при +20° выявляет интервал хрупкого отпуска для обеих ста­ лей более резко, чем испытание образцов Менаже, причем для стали ЗОХГСНА испытание широких образцов У оказывается значительно более чувствительным, чем испытание узких образ­ цов В.

Хрупкий интервал отпуска выявляется и при статическом ис­ пытании образцов У при достаточном понижении температуры испытания (см. рис. 123, а) в отличие от испытания образцов В (рис. 123, б), у которых, несмотря на значительное снижение работы деформации и разрушающего усилия при понижении температуры испытания, соотношение между вязкостью стали,, отпущенной при 200 и 500° практически не изменяется.

Сопоставление изломов образцов В и У, отпущенных в ин­ тервале отпуска при статическом и ударном изгибе (рис. 124) показывает, что при статическом изгибе непосредственно к вер­ шине трещины прилегает волокнистый участок излома, подоб­ ный наблюдавшемуся Фелбеком и Орованом, и лишь затем на­ чинается хрупкий кристаллический излом.

При ударном испытании подобный 1волокн,истый участок от­ сутствует и кристаллический излом начинается непосредственно за трещиной.

210 Влияние трещины на сопротивление разрушению и вязкость

разцов У деформация у боковых граней оказывает меньшее влияние, и уменьшение работы деформации и разрушающего напряжения происходит в значительной мере за счет затрудне­ ния пластической деформации в вершине трещины и создания объемно-напряженного состояния в слоях металла, прилегаю­ щих к вершине трещины.

Сопротивление разрушению при резкой локализации дефор­ мации существенно различается для отпуска 200 и 500° и поэто­ му среднее условное разрушающее напряжение и работа дефор­ мации образцов У, отпущенных при 500°, оказывается меньше, чем при 200°, в том случае, когда соответствующими условия­ ми (понижение температуры, переход к удару) устраняется на­ чальное вязкое разрушение в вершине трещины. Дальнейшее уменьшение пластической деформации на боковых гранях (пере­ ход к образцу типа Ф, показанному на рис. 121) действует в том же направлении, что и переход от узкого образца к широкому.

Если при статическом испытании при +20° образцы У, от­ пущенные при 500°, имели в 1,56 раза большую работу дефор­ мации, чем отпущенные при 200°, то статическое испытание об­ разцов Ф при +20° уже дает, хотя и незначительное (в 1,12 ра­ за), но все же преимущество для отпуска 200°. При ударном же испытании образцы У дают при отпуске 200° в 1,98 раза, а об­ разцы Ф в 2,68 раза большую работу деформации, чем при от­ пуске 500°.

Таким образом, увеличение ширины образца, увеличение скорости нагружения при изгибе и снабжение образцов боковы­ ми надрезами способствуют большей чувствительности образцов

стрещинами к выявлению хрупких состояний.

Вэтом отношении наиболее целесообразным представляется ударное испытание образцов Ф.

Однако получение трещины на образце типа Ф сильно за­ трудняется невозможностью визуального наблюдения за ростом трещины в боковом надрезе.

Различие в чувствительности к проявлению хрупкости меж­ ду образцами У и Ф при ударном испытании не столь значи­ тельно, поэтому в качестве основного варианта образца для оценки чувствительности к трещинам был принят образец типа У. Выбор этого образца целесообразен еще и потому, что сече­ ние этого образца сходно с сечением образца Менаже, по ис­ пытаниям которого иакоплен rpoi-мадный статистический мате­ риал.

Применение ударного испытания образцов с трещинами на маятниковом копре для устранения начального волокнистого участка излома некоторых материалов до существу призвано восполнить «недостаток скорости» при испытании статическим

Рекомендуемый способ получения трещин на резонансном вибраторе 211

изгибом, отмечавшийся Фелбеком и Орованом. Для этой же це­ ли применялись методы статического и особенно взрывного раз­ рушения при наличии хрупких наплавок. Однако эти методы, во-первых, сложны, во-вторых, затрудняют получение количе­ ственной оценки. Ударное испытание образцов с трещинами дает достаточную динамичность нагружения и в то же время относительно просто. Для относительно малопластичных мате­ риалов, какими являются высокопрочные стали, скорость нагру­ жения на маятниковом копре, видимо, является вполне достаточ­ ной, так как для большинства из них даже статическое нагру­ жение является достаточно чувствительным.

Для некоторых высокоплаетичяых .малоуглеродистых сталей, вероятно, необходимо создание более высоких скоростей началь­ ного развития трещины.

Поскольку недостаточная чувствительность статического из­ гиба образца В к некоторым проявлениям хрупкости была вы­ явлена лишь в процессе самого исследования, статические испытания были в основном проведены на образцах В.

В последующих разделах эти испытания приводятся в сопо­ ставлении с ударными испытаниями образцов У и в некоторых случаях с ударными испытаниями образцов В.

Характеристикой для ударного испытания во всех приведен­

на его поперечное сечение нетто и условно выраженная в кило­ граммометрах на квадратный сантиметр. Сечение нетто опреде­ ляли так же, как для статических испытаний.

5. РЕКОМЕНДУЕМЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕЩИН НА РЕЗОНАНСНОМ ВИБРАТОРЕ

На обычных образцах сечением 10x9,5 мм

Значительная часть описанных опытов по испытанию образ­ цов с заранее полученной трещиной относится к получению тре­ щины циклической ударной нагрузкой за 7000—10 000 циклов при частоте 150 циклов/ммн. Как было показано выше, уменьшение циклического напряжения и увеличение числа циклов до 500000 не приводило к изменению характеристик при изгибе образца с трещиной.

Основным недостатком указанного метода получения тре­ щин является его длительность. Получение трещин на образце занимает 45—60 мин. Даже на копре двойного действия на каждый образец затрачивается 20—30 мин. Чтобы ускорить по­ лучение трещины, был сконструирован1 резонансный вибратор

(рис. 125 и 126).

1 Совместно с Б. А. Палкнным и Н. В. Рязановым.

4*

Рекомендуемый способ получения трещин на резонансном вибраторе 213

На стальной плите 1 (рис. 125) толщиной 20 мм укреплен неподвижный захват, в котором болтом 3 зажимается обра-

зец 2.

Образец зажимается так, чтобы надрез, обращенный вверх, находился на расстоянии 1 мм от края губок захвата. Второй конец образца закрепляется также на расстоянии 1 мм от над­ реза, в подвижном захвате 4, который закреплен с помощью за­ жимов 5 на трубе 6. По трубе 6 свободно перемещается вибра­ тор 7, закрепленный на основании 8. Горизонтальное положение основания вибратора фиксируется винтом 9 с накаткой, входя­ щим в продольную канавку 10 на трубе 6.

Для каждого расстояния от середины образца до центра тя­ жести вибратора, веса вибратора и сечения образца имеется не­ которая частота возмущающей силы, которая будет находиться в резонансе с частотой собственных колебаний подвижной си­ стемы. В таком случае можно достичь большой амплитуды и добиться очень быстрого разрушения образца. Перемещая виб­ ратор по трубе, можно добиться желаемой амплитуды. Частота собственных колебаний системы резко меняется с появлением трещины. Поэтому, чтобы избежать чрезмерно быстрого роста трещины, который трудно остановить в нужный момент, преду­ смотрен тормоз 10, Изменяя зазор между тормозным резино­ вым валиком 11 и трубой 6 с помощью ручки 12 можно ограни­ чить амплитуду любой заданной максимальной величиной, ко­ торую можно контролировать по шкале 13.

Собственно вибратор состоит из обоймы 1 (рис. 127), за­ прессованных в нее подшипников, и оси 2, несущей диск 3 с от­ верстиями. В отверстия вставляются грузы 4, закрепляемые фик­ саторами. При неравномерном распределении грузов, как пока­ зано на рисунке, создается возмущающая сила, циклически из­ меняющаяся от —Р до +Р за один оборот диска с отверстиями.

Прибор имеет следующие данные: скорость вращения диска 1500 об/мин; длина трубы 400 мм; вес вибратора с основанием 1 кг; наружный диаметр трубы 45 мм; внутренний диаметр тру­

4 мин. Чем больше хрупкость материала, тем меньше следует давать амплитуду. Практически амплитуду, в зависимости от вязкости материала образцов, следует менять в пределах 3— 6 мм. В том случае, когда предполагается термическая обра­ ботка образцов с готовой трещиной, нельзя применять амплиту­ ду более 4 мм. При большей амплитуде трещина раскрывается шире и может произойти окисление ее вершины, что приводит в ряде случаев к увеличению работы, поглощаемой образцом при окончательном испытании.