20.2 Экспериментальное определение вязкости разрушения
Определение вязкости разрушения осуществляется в соответствии с ГОСТ 25506 –85. Для определения вязкости разрушения используются цилиндрические образцы, рис.123, а для листовых материалов образцы подобные образцам для испытания на внецентровое растяжение, рис.124.
Цилиндрические образцы с кольцевым надрезом предварительно перед испытанием подвергаются циклическому нагружению с коэффициентом симметричности r =1 при σ =0,5σ₀₂ и числе циклов 5·10⁴.
Угол отклонения усталостной трещины от плоскости надреза не должен превышать 10⁰. Испытание на вязкость разрушения проводится на разрывной машины с механическим или гидравлическим приводом с нагрузкой:
Скорость нагружения должна быть в пределах 0,02÷0,6 мм/с.
Прямоугольный образец, рис.124, используют с надрезом и трещиной. Трещину в вершины надреза зарождают при циклическом нагружении. Длина надреза с трещиной должна быть в пределах от 0,45 до 0,55 ширины образца.
В процессе испытания на растяжение записываются диаграммы в координатах Р – V (перемещение берегов трещины), рис.125. Величина смещения берегов трещины регистрируется с помощью тензодатчика, закрепленного на торцевой грани образца напротив надреза.
По диаграмме растяжения определяется величина нагрузки PQ, соответствующая началу развития трещины. Для её определения необходимо провести прямую из начала диаграммы под углом равным 5% угла наклона участка пропорциональности. Точка пересечения позволяет определить PQ.
Зная величину PQ, по формуле:
,
где:
В – толщина образца;
W – ширина образца;
,
где: а – глубина надреза с трещиной.
рассчитывается вязкость разрушения К1с.
Рис.123. Эскиз цилиндрического образца
Рис.124. Эскиз образца для листовых материалов
Рис.125. Графики зависимостей Р – V
К экспериментальному определению К1с прибегают в случае высокопрочных материалов. Для большинства конструкционных сталей вязкость разрушения определяют расчетным путем.
Значения PQ определяют по формуле:
Значения функции рассчитывается по формуле:
а – принимается равным 0,45÷0,55W.
Определив длину трещины, подставляем её в полином, находим У и рассчитываем вязкость разрушения K₁c.
За истинное значение к1с принимается то значение, которое будет удовлетворять выражению:
Список литературы
Золотаревский В.С. Механические свойства металлов. М. Металлургия, 1983
Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Структура и механические свойства металлов. М. Металлургия, 1970
Вигли Д.А. Механические свойства материалов при низких температурах. М. Мир, 1974
Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел. М. Металлургия, 1971
Мак Лин Д. Механические свойства металлов. М. Металлургия, 1965
Ползучесть и возврат. Перевод Гутгермана. М, 1961
Кеннеди А.Д. Ползучесть и усталость металлов. Лондон, 1962
Гольдштейн М.И. и др. Металлофизика высокопрочных сплавов. М. Металлургия, 1986