6. Специальные методы испытаний

Испытание падающим грузом и взрывом. В практике многих стран широкое применение получили испытания падающим гру­зом. Испытание проводится на специальных образцах DWTT двух типов. Первый тип образца (проба Баттеля) изготавливается по натурной толщине изделия и имеет острый надрез, иногда прессо­ванный. Серию образцов испытывают при различных температу­рах. Оценка ведется по критической температуре получения за­данной доли вязкой составляющей в изломе.

Второй тип образцов (рис. 3.36) предложен Пеллини и Пьюза- ком. Образцы имеют толщину от 12,7 до 25,4 мм, длину примерно 360 мм, ширину 89 мм. В центре образца делают хрупкую наплав­ку, по которой затем наносят надрез, чтобы обеспечить иницииро­вание хрупкой трещины в начальный момент нагружения. Испыта­ние проводят путем ударного нагружения падающим грузом серии образцов данного материала при различных температурах. Энергия падающего груза составляет от 320 до 1740 Дж в зависимости от предела текучести материала и размера образца. Под образцом ус­танавливают специальный упор, ограничивающий его прогиб. По­сле нагружения серии образцов определяют максимальную темпе­ратуру, при которой трещина проходит через все сечение образца, - температуру нулевой пластичности (NDT - nil-ductility translation). В ряде стран эта температура принята в качестве эталонной.

Для оценки хрупкой прочности при больших скоростях де­формации используют пластины размером 356 х 356 мм натурной толщины, имеющие наплавленный с одной стороны хрупкий валик с

Рис. 3.36. Схема испытания падающим грузом:

1 - падающий груз; 2 - опорная (ограничи­вающая) плита; 3 - участок сварного шва на нижней стороне образца; 4 - надрез

надрезом. Пластину устанавливают на круглую матрицу и на не­большом расстоянии над пластиной осуществляют взрыв. Под действием давления расширяющегося газа пластина деформиру­ется. При вязком поведении материала происходит характерное выпучивание. При температуре нулевой пластичности и ниже пластина разрушается без выпучивания. Температурные крите­рии, найденные по испытаниям падающим грузом и взрывом, на­ходят широкое применение при построении полуэмпирических диаграмм разрушения Пеллини - Пьюзака, которые показывают зависимость приложенных разрушающих напряжений от темпе­ратуры для конкретных деталей (сосуды, трубопроводы и т. д.) с различными размерами дефектов.

Испытания на остановку трещины. Такие испытания прово­дят на широких сварных плитах, широких пластинах с боковыми надрезами и др. Испытания проводят в условиях растягивающих напряжений с локальным или равномерным градиентом темпера­тур. Могут проводиться и изотермические испытания. Различные методы (Робертсона, ESSO, на двойное растяжение) отличаются друг от друга видом образцов и концентратором напряжений, а также оценочными критериями: температурой остановки трещи­ны; температурой, при которой трещина не проходит целиком сквозь сечение при напряжении 120 МПа, и т. д.

На рис. 3.37 показан образец для испытаний по Робертсону. Образец имеет в рабочей части выступ, в котором просверлено от­верстие и сделан небольшой открытый надрез. Сторона образца с выступом, по которому осуществляется удар, обычно охлаждается жидким азотом, а противоположная сторона подогревается газо­вой горелкой. Это создает градиент температуры по ширине об­разца. Образец нагружают растягивающей нагрузкой, проводят удар и отмечают границу остановившейся трещины и соответст­вующую температуру. В случае изотермического испытания оцен­ка представляется в виде "трещина идет - трещина не идет" для

различных температур и уровней на­пряжений.

2 Рис. 3.37. Схема испытания на остановку тре- *г~ щины по Робертсону:

1 - нагружающие штифты; 2 - тонкий надрез; 3 - место нанесения удара; 4 - точка остановки

■ к- трещины; 5 - толщина пластины; 6 - вварен-

? ная секция высотой 76 мм

Испытание на остановку хрупкой трещины является одним из наиболее "жестких" испытаний. Для одного и то- / В го же материала температура остановки

трещины, как правило, оказывается выше температуры нулевой пластичности. Испытание по Робертсону дает более резкий вязко­хрупкий переход, чем испытание падающим грузом. При прове­дении испытаний на остановку трещины обязательным условием является равенство толщины образца с трещиной толщине листа исходного материала.

г

Специальные методы испытаний представляют значитель­ный интерес, но для их проведения надо иметь мощные испыта­тельные установки. Поэтому наиболее интересные испытания плит натурной толщины очень дороги. Попытки нахождения корреляции результатов этих испытаний и стандартных испы­таний на ударную вязкость не привели к достаточно стабильным результатам.

Наиболее показательными являются натурные испытания из­делий в реальных условиях эксплуатации. Однако проведение натурных испытаний, особенно при низких температурах, связа­но со значительными техническими трудностями. О работоспо­собности техники, эксплуатируемой при низких температурах, обычно приходится судить по статистическим данным, накоплен­ным в результате наблюдений за работоспособностью изделий.