книги из ГПНТБ / Дроздовский Б.А. Влияние трещин на механические свойства конструкционных сталей
.pdf246 Влияние направления волокна и термической обработки
Вместе с тем сопоставление последовательности плавок но двум характеристикам ( ан и атр ) в пределах одной марки (рис. 142 и 143) не показывает однозначности этих характерис тик. Величина атр на рис. 142 и 143 расположены в порядке возрастания средних значений. Результаты испытаний образцов Менаже расположились без определенной закономерности.
Разброс частных значений в пределах данной плавки, вы раженный в таблице процентом отклонения минимального зна чения от среднего, для образцов с трещинами несколько боль
ше, чем |
для образцов с надрезами |
радиусом 1 мм, и доходит |
до 37,3%, |
(максимальное отклонение |
для образцов Менаже |
составляет 28%). |
|
|
Средние отклонения минимальных значений атр от средних величин для стали ЗОХГСА равно 12,5%, а для стали ЗОХГСНА —
12,4%.
Средние отклонения минимальных значений аИ от средних
величин для стали ЗОХГСА равно 7,5%, а |
для стали |
ЗОХГСНА — 9,5%. |
может объяс |
Такой большой разброс величины а тр. конечно, |
|
няться как большой чувствительностью испытания |
образцов с |
трещинами, выявляющей неоднородность материала, так и не полной воспроизводимостью условий испытания.
Для приближенного выяснения причин большого разброса величины Тр были сопоставлены наибольшие отклонения в пре делах стали одной марки от средней величины для той же мар ки (табл. 43).
|
|
|
Т а б л и ц а 43 |
|
Процент наибольшего отклонения |
||
Марка стали |
|
от средней величины |
|
|
|
|
|
|
|
ан |
атР |
ЗОХГСА |
4 11,5 |
+ 3 6 |
4 65 |
|
- 5 , 7 |
— 21,2 |
— 44 |
ЗОХГСНА |
+ 6,2 |
+ 2 0 ,5 |
+ 5 0 ,5 |
|
—8 ,6 |
— 15,1 |
— 28,4 |
Максимальное отклонение средних значений возрастает с увеличением локальности метода испытания. Увеличение остро ты надреза от радиуса 1 мм до трещин увеличивает это откло нение примерно вдвое, тогда как разброс в пределах одной плавки, у которой материал условно принимается однородным.
кгм/ См
атр, кгм/см*
8
4 |
г 3 и 5 |
( 7 8 |
3 40 44 42 43 44 45 46 41 48 49 20 24 22 |
|
|
|
а |
|
|
минимум |
|
т пчш т тл |
средняя |
Величина |
|
— |
■ |
на/ симум |
|
2,0
4,5
4,0
0.5 -
4 г 3 4 5 6 7 8 9 40 44 42 48 40 45 46 47 48 49 20 24 22
Порядковый номер плавки
6
Рис. 142. Результаты испытаний на ударный изгиб образцов из 22 плавок стали ЗОХГСНА. Закалка и отпуск при 225°:
а — образцы М енаже с надрезом R = 1 м м ; 6 — образцы с трещиной
17*
, кгм/смг |
tfy, кВн/СМ^ |
Чувствительность к трещинам других материалов |
249 |
при испытании образцов с трещинами в среднем равен |
12,5%, а |
для образцов с надрезом R = 1 м м — 8,6%. Следовательно, раз-: ница между этими величинами значительно меньше, чем между, величинами, приведенными в таблице, где сравниваются заве-: домо неоднородные материалы. Таким образом, имеются осно-. вания считать, что и повышенный разброс в пределах одной плавки для образцов с трещинами в значительной мере отобра-' жает неоднородность материала.
Обобщая изложенное можно считать: |
|
||
1. Приведенные выше |
данные по чувствительности к трещи |
||
нам стали ЗОХГСА после |
различной |
термической |
обработки |
подтверждены испытаниями на ряде плавок. |
количества |
||
2. Средние значения гр, |
аИ и атр |
для большого |
|
испытаний данной марки стали могут однозначно оценивать ее
вязкость (пластичность), однако чувствительность этих |
харак |
||
теристик возрастает по мере увеличения степени |
локальности |
||
испытания (самая малолокальная из названных |
характерис |
||
тик— тр, самая локальная — атр). |
ан и а тр |
в пределах |
|
3. Расположение плавок по величинам |
|||
данной марки стали может существенно |
различаться. |
Разница |
|
между плавками по атр примерно вдвое больше разницы по аИ, в то время как разброс в пределах одной плавки для атр в полтора раза больше разброса по а„ .
6. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ к ТРЕЩИНАМ ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ
Алюминиевые и магниевые сплавы
Вследствие большой склонности легких сплавов к разруше нию от касательных напряжений получение на них такой же локализованной трещины циклической перегрузки, как на ста льных образцах (радиус надреза 0,5 мм), оказалось невозмож ным. Образовывалось много мелких трещин, которые распрост ранялись в разных плоскостях и наиболее часто под углом 45° к направлению действующего усилия. Достаточно четкую трещи ну циклической перегрузки удавалось получить только на об разцах с острым надрезом, сделанным резцом.
Как видно из табл. 44, переход от надреза радиусом 1 мм к трещине снижает разрушающую нагрузку при статическом из гибе образцов: из сплава Д16Т — на 20%, из сплава В95Т— на
36%, из прессованного магния — на |
13%. |
|
По сравнению с высокопрочными сталями это снижение не |
||
велико, однако характер спадающей |
ветви диаграмм |
нагруз |
ки— прогиб при статическом изгибе для сплавов Д16Т |
и В95Т |
|
существенно различается (рис. 144). |
|
трещи |
У менее пластичного сплава В95 как на образцах с |
||
ной, так и с надрезом R = 1 мм наблюдается вертикальный
250 Влияние направления волокна и термической обработки
спад нагрузки при разрушении, вследствие |
чего работа |
разру |
||||
шения при |
наличии |
трещины оказывается |
вдвое меньше, чем |
|||
для сплава |
Д16Т, хотя при статическом |
изгибе образцов |
с над |
|||
резом |
величина работы разрушения этих сплавов |
|||||
почти одинакова. При обработке |
на несколько меньшую |
твер |
||||
дость (70 |
RB ) сплав |
Д16Т еще |
более |
резко отличается по вяз- |
||
Рис. 144. Сопоставление диаграмм статического изгиба образцов из спла- bob В95Т и Д16Т. Сплошные кривые— образцы А (надрез R = 1 .и.и); пунктирные кривые — образцы В (трещина). Кривые для сплава В95 смещены по оси абсцисс вправо
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 44 |
||
Результаты испытаний образцов из легких сплавов |
|
|
|||||||
с тоещинами на статический изгиб |
|
мм |
|
|
|||||
Сечение образцов 5 (ширина) |
на 10 (высота), |
|
|
||||||
|
|
Стандартные свойства |
|
Свойства при |
|
||||
|
|
|
|
|
|
статическом изгибе |
|||
|
|
|
|
|
|
Образец с |
образец с |
||
Марка сплава и вид |
|
|
|
|
|
надрезом |
|||
|
|
|
|
|
R = |
] мм |
трещиной |
||
термической обработки |
(- |
=5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
fj |
а? |
|
|
af |
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
* |
|
||
|
R* |
* |
s o |
|
<\j |
о |
и* |
о* |
|
|
О. |
|
Stf |
|
|||||
|
<и |
|
o'* |
|
X |
|
то * |
£ $ |
то* |
|
и |
ь |
S |
|
в * |
|
|
||
|
Н |
|
сз |
|
в « |
|
|||
Д16Т (дуралюмин), закал |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ка с 500°, естественное |
78 |
55 |
16 |
14 |
1,85 |
1,61 |
81,2 |
1,18 |
64,5 |
старение ....................... |
|||||||||
В95Т, закалка с 470, ста |
90 |
62 |
|
10 |
1,26 |
1,56 |
107,0 |
0,53 |
68.1 |
рение 140°, 24 часа |
20 |
||||||||
Прессованный магний без |
23 |
|
_ |
_ |
_ |
0,5 |
22,8 |
0,24 |
19,8 |
термической обработки |
|
||||||||
RP
252 Влияние направления волокна и термической обработки
Т а б л и ца 45
Результаты испытания на ударный изгиб образцов из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов с трещинами
(записывались осциллограммы нагрузка — прогиб — время)
|
|
Стандартные свойства |
|
|
Марка сплава и вид |
а* |
as |
as |
|
термической обработки |
а; |
|
||
|
? |
та |
та |
|
|
та |
* |
fu |
|
|
а |
<N о4- |
« |
|
|
jo |
а |
X |
|
|
«О |
|||
Испытание образцов с трещинами на ударный изгиб
та |
|
2-1 I s |
скоростьсредняя спаданиянагруз .ркикгv[мК'Сек |
||
>><3 |
|||||
н |
|
iR |
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
VOя ' |
_ О. •* |
|
|||
5* |
|
С.р о |
|
|
|
|
СО Е |
* |
|
|
|
<—та |
а* |
” |
|
|
|
5 |
|
|
|
||
2 та |
с у. о " |
|
|||
2* |
|
к 3 Ь |
^ |
|
|
ч . |
5 £ = |
* |
|
||
О/ |
о. |
|
|||
< |
г- |
£ та |
<и**- |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Д16Т, закалка и естест |
53,5 |
38,2 |
15,5 |
4,19 |
70 |
2,41 |
83,9 |
0,323 |
|
венное старение . . . |
|||||||||
Е95Т, |
закалка и старение |
65,9 |
59,3 |
9,1 |
1,28 |
90 |
0,35 |
94,2 |
5,37^ |
М А 5 |
.................................. |
28 |
9,5 |
16 |
0,9 |
60 |
0,68 |
— |
— |
MJ 6 |
отжиг..............................700°, 1 час |
30 |
20 |
2 |
0.2 |
95 |
0,15 |
— |
— |
ВТ1, |
50,3 |
42,7 |
29,6 >12,5 |
80 |
10,85 |
153 |
0,39 |
||
Титановый сплав, ВТ6, |
109,2 |
106,1 |
16,9 |
4,4 |
39(Яс) |
1,05 |
153 |
6,25 |
|
отжиг 800°, 2 часа . . |
|||||||||
ВТ1 с трещинами показывает зависимость чувствительности к трещинам от увеличения твердости, близкую скорее к алюмини евым сплавам, чем к конструкционным сталям. Среднее раз рушающее напряжение при ударе образцов с трещинами у вы сокопрочного и низкопрочного сплава одинаково, хотя работа разрушения и средняя скорость спадания нагрузки при разру шении существенно различаются (см. табл. 45 и рис. 146). По лучение трещин для титановых сплавов может проводиться на таких же образцах, как и для конструкционной стали.
Органическое стекло (полиметилметакрилат) 1
Для получения трещин на органическом стекле применялся образец с острым надрезом. Сопоставление данных по образ цам без надреза, с надрезом радиусом 1 мм и по образцам с трещиной (табл. 46 и рис. 138) показало, что при переходе к надрезу работа разрушения и среднее разрушающее напряже ние существенно уменьшаются.
Переход от надреза к трещине также уменьшает обе эти характеристики, но уже в меньшей степени, чем при переходе от гладкого к надрезанному образцу.
1 По данным Е. С. Осикиной.
254Влияние направления волокна и термической обработки
Впоследнее время оценка чувствительности органического стекла к трещинам начинает применяться все шире [159, 160].
Для оценки вязкости органического стекла (особенно ориен
тированного) предлагается величина |
— — работа, необхо- |
|
dA |
димая для развития трещины и определяемая в момент резкого ускорения распространения трещины.
Рис. 147. Сопоставление диаграмм статического изгиба образ цов из полиметилметакрилата:
1 — образцы без надреза; 2 — образцы с надрезом R — 1 мм\ 3— образ цы с трещиной циклической перегрузки
|
|
Т а б л и ц а 46 |
|
Результаты |
испытаний статическим изгибом образцов |
||
|
из полиметилметакрилата |
|
|
Вид концентратора |
Полная работа |
Среднее |
|
разрушения |
разрушающее |
||
напряжений |
ап, кгсн/см2 |
напряжение |
|
|
|
|
амакс’ ке/мм* |
Без н ад р еза ................... |
40.! |
9.92 |
|
Надрез R = |
1 мм . . . |
3 45 |
3,53 |
Трещина........................... |
0,64 |
1,52 |
|
ЛИ Т Е Р А Т У Р А
1.И. С. Гаев . Дефекты строения стали, их природа, влияние на свой ства и пути устранения, НИИ МО, Л. 1947.
2. Е. Р. Р о 1u s h k i п. Delects and |
Failures of |
Metals, |
Amsterdam, |
Else |
|||
vier, |
1956. |
|
|
|
|
|
|
3. Руководство по оценке влияния дефектов металла на прочность из |
|||||||
делий. Оборонгиз, 1955. |
Горячие трещины при |
сварке, |
Машгиз, 1952. |
||||
4. |
Н. Н. П р о х о р о в . |
||||||
5. |
Библиографический справочник: Металловедение и |
термическая |
об |
||||
работка, Машгиз, 1952, |
стр. 377, 439, 541. |
on Fatigue, Stockholm, |
|||||
6. |
Proceedings of |
the |
International |
Conference |
|||
1955. |
Springer, Berlin, |
1955. |
|
|
|
|
|
7.Proceedings of the International Conference on Fatigue, London, 1956. Brit. Soc. Ing. Mech.
8.Stress Corrosion Cracking and Embrittlement, Wiley and Sons, 1956, London.
стр. |
9. |
Б. |
А. |
Д р о з д о в с к и й . |
Заводская |
лаборатория, |
1946, |
№ |
4—5, |
|||||||
489. |
И. |
М а р г о л и н , |
Б. |
А. |
Д р о з д о в с к и й |
и П. И. |
Орле ц , Завод |
|||||||||
ская |
10. |
Г. |
||||||||||||||
лаборатория, 1947, |
№ |
11, |
стр. 1387. |
|
и П. |
И. |
Ор ле ц . |
За |
||||||||
|
11. |
Г. |
И. |
М а р г о л и н , |
Б. |
А. Д р о з д о в с к и й |
||||||||||
водская лаборатория, 1951, № ТД стр. 1216. |
|
Заводская |
лаборатория! |
|||||||||||||
12. |
Б. |
А. |
Д р о з д о в с к и й , |
Я. Б. |
Ф р и д м а н . |
|||||||||||
1955, № 5, стр. 579, 1959, № 3, стр. 320. |
разрушения |
машиностроитель |
||||||||||||||
13. |
Я. |
Б. |
Ф р и д м а н . |
Оценка опасности |
||||||||||||
ных материалов. Сб. «Теоретические проблемы конструирования |
машин». |
|||||||||||||||
Машгиз, 1957. |
Philosophical |
Transactions |
Royal |
|
Soc. of |
London, |
||||||||||
14. |
A. A. G r i f f i t h . |
|
||||||||||||||
Sec. A. |
v. 221, 1921, p. 163. |
|
|
Inst. |
Naval |
Architectes, |
London, |
60, |
1913. |
|||||||
|
15. |
С. |
E. |
I n g 1i s. Transact. |
||||||||||||
p.219.
16.Г. В. К о л о с о в . Об одном приложении функций комплексного пере
менного к |
плоской задаче теории упругости. Юрьев, 1909. |
|
|
Техтеорет- |
||||||||||
17. |
В. |
Д. К у з н е ц о в . |
Поверхностная анергии твердых тел. |
|||||||||||
издат, М, 1957. |
|
|
напряжений, |
|
ОНТИ. |
Гостехиздат, |
1947 |
|||||||
18. |
Г. |
Н е й б е р. Концентрация |
|
|||||||||||
(перевод с немецкого). |
u. W. |
S t r u t h . Zeitschrift |
Techn. Physik, |
1937, |
№ 11, |
|||||||||
19. |
Н. S c h a r d i n |
|||||||||||||
S. 474. |
H. |
S c h a r d i n . |
Photogr. et |
cinematogr. ultra-rapides. Paris, |
Dunod, |
|||||||||
20. |
||||||||||||||
1956, p. |
301. |
|
|
|
C o r m i c k . |
Journ. Amer. Ceramic Soc., |
||||||||
21. |
H. M. D i m m i c k , J. M. Me. |
|||||||||||||
1951, 34, № 8, p. 240. |
|
|
|
Physik, 1939, |
114, № 5, |
6, S. |
369. |
|
||||||
22. |
H. W a 11n e r. Zeitschrift fur |
|
|
|||||||||||
23. |
A. G. S m e k a l . |
Acta |
Physica |
Austriaca, |
1953, |
7. |
p. |
110. |
|
|
|
|||
24. A. G. S m e k a l . |
Osterreichisches Ing. Archiv, |
1953, 7, S. 41. |
122. |
|||||||||||
25. W. H. Ot t o . Journ. of Amer. Ceramic Soc., 1955, |
38, |
№ 3, |
p. |
|||||||||||
26. |
А. |
А л е к с а н д р о в |
и С. |
Ж у р к о в . |
Явление |
хрупкого |
разрыва. |
|||||||
ГТТИ, |
1933. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|