книги из ГПНТБ / Школьник, Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла

На рис. 6 представлена принципиальная схема уста­ новки ИМАШ-10. Плоский образец 1 с надрезами кре­ пится одним концом к неподвижной опоре, а вторым со­ единен с подвижным захватом 2 рычага, при качании которого происходит изгиб образца с частотой 3000 цик­ лов в минуту. Установка снабжена системой измерения

в процессе испытания на усталость. Наблюдение за мик­ роструктурой и ее фотографирование осуществляется через кварцевое смотровое стекло микроскопом 3 (типа

21

микроскопию реплик (см., например, работу [4]) . Из опытов, проведенных на малоуглеродистой стали с 0,08% С, установлено, что микротрещнмы возникают поразному, в результате расширения полос скольжения внутри зерна, по границам зерен или от карбидов и не­ металлических включений. Количество микротрещии увеличивается с повышением уровня действующих на­ пряжений. Мнкротрещипы зарождаются в течение пер­ вой трети времени, необходимого для разрушения об­ разца; в течение оставшихся 70% времени мнкротрещпны соединяются в магистральную трещину, ответствен­ ную за разрушение. Последняя возникает там, где было больше микротрещин.

Цилиндрические образцы диаметром 6 мм из низколе­

следовалась с помощью электронного микроскопа. Уста­ новлено, что усталостное разрушение в стали с высоким сто происходит путем образования транскристаллитпых полос скольжения (striaiion), а также путем образова­ ния интеркристаллитных трещин по границам первич­

С изменением уровня напряжения характер разрушения изменяется [4].

Для определения скорости роста усталостной трещи­ ны при данном уровне напряжения в опытах [4] изме­ ряли расстояния между полосами скольжения при раз­ личных длинах усталостной трещины.

Стробоскопический микрофотоскоп представляет со­ бой микроскоп с фотонасадкой и стробоскопическим осветителем, обеспечивающий с помощью фазосинхронизатора исследование рабочей части образца по всему периметру при увеличении от 25 до 120. Если образец освещен через объектив, увеличение может быть повы­ шено до 600. Для исследования рабочей части образца по всему периметру синхронизатор имеет фазирующее

22

разцу / держателем 2 прикреплен пакет-контрформа 3 из склеенных торцов волоконных световодов, оси кото­ рых нормальны к поверхности образца. Противополож­

изображение поверхности исследуемой части образца. Наблюдаемая поверхность образца освещается непосред­ ственно через световоды осветителем 5. Отраженный от объекта свет направляется по тем же световодам на экран. Фотографировать изображение можно непосредст­ венно с экрана или при помощи микроскопа 6 с фотона­ садкой 7.

Увеличение составляет 20—30. Меняя фазу синхро­ низации стробоскопического освещения, можно полу­ чить изображение рабочей части 'объекта в любой фазе

рующее оптико-механическое устройство с фотоэлект­ ронным умножителем увеличивает оптическое изобра­ жение на площадке рабочей части испытываемого образца, выделяет на этом изображении растр-элемент (элементарную площадку конечных размеров), преоб­ разует световую энергию в электрическую, создавая

и мгновенно воспроизводит на электрохимической бу­ маге соответствующее изображение растр-элемента. До­ полнительной обработки бумага не'требует.

Р. Ф. Кубяк положил фотоэлектрографический прин­ цип в основу автоматической регистрации развиваю­ щейся усталостной трещины непосредственно во время испытания.

Функциональная схема фотоэлектрографа для реги­ страции развернутого увеличенного изображения по­ верхностных трещин представлена на рис. 8, а, где Af— растр — элемент, выделенный анализирующим устрой­ ством на поверхности образца; Afi — растр-элемент, вы­ деленный диафрагмой и создающий световой сигнал;

24

U(i) —электрический сигнал фотоэлектронного умно­ жителя, U\{i)—усиленный и сформированный элект­ рический сигнал, управляющий реакцией в электрохи­ мической бумаге; А/2 — растр-элемент (параллелограмм

испытательной машины (рис. 8,6). Синтезирующее уст­ ройство 2 представляет собой токопроводящую линей-

25

к.у 3 il токопроводящую цилиндрическую спираль 4, между которыми со скоростью движения диафрагмы 5 перемещается электрохимическая бумага. В месте кон­ такта спирали с линейкой через электрохимическую бу­ магу проходит электрический сигнал анализирующего

строка изображения, а электрохимическая бумага пере­

АН УССР, основан на изменении коэффициента оптиче­ ского отражения по мере образования на поверхности образца усталостной трещины. Прибор позволяет фик­ сировать трещины длиной до 0,2 мм [5]. Он состоит из оптической системы, фотоэлектронного умножителя, осветителя, поискового механизма, блока питания и усиления. Поисковый механизм сообщает оптической си­ стеме низкочастотные (0,005 гц) угловые колебания от­ носительно опоры для «осматривания» по винтовой ли­ нии рабочей части образца.

При образовании на поверхности образца усталост­ ной трещины величина коэффициента отражения мик­ роплощадок с трещиной уменьшается в связи с увели­

вращая .«уход» изображения трещины из поля диа­ фрагмы.

тографируют непосредственно или приспосабливают ки­ ноаппарат к микроскопу. Две синхронизированные ки­

26

изучать процесс накопления локальных деформаций, за­

зарождаются и развиваются в доступных для обозрения открытых местах крупногабаритных конструкций (свар­ ные конструкции, литые корпуса автосцепных устройств вагонов). Полости трещин заполняются смесью из ма­ шинного масла (2 /3 ) и керосина (Ѵз), которой периоди­ чески смачивают опасную зону. Развитие трещины фиксируют непосредственно по появлению мельчайших пузырьков, возникающих над трещиной при циклическом испытании.

Цветовые методы

Эти методы непосредственно примыкают к рассмот­ ренным выше визуальным методам, отличаясь от них по существу только тем, что для проявления трещин ис­ пользуются краски или жидкости.

Ц в е т н о й к а п и л л я р н ы й м е т о д основан на использовании свойств некоторых анилиновых красите­ лей проникать вместе с растворителем в трещины и дру­ гие несплошности материала. Проявление дефектных участков, предварительно заполненных жидким красите­ лем, производится на фоне покрытия, специально наноси­ мого на деталь. Индикаторная линия рисунка трещины в несколько десятков раз шире, чем фактическая ее ши­ рина; протяженность же трещины определяется иепосредственно по рисунку. Контраст лйніін рисунка'может"

Цветной капиллярный метод позволяет наблюдать трещины с раскрытием больше 0,01 мм и глубиной евы^

27

ше 0,03—0,05 мм на деталях из металлов и пластмасс. Лучшие результаты из отечественных красителей дает жирорастворимый темно-красный (по ГОСТ 9308—59), для которого яркостно-цветной коэффициент видимости, равен 16,8.

М е т о д к р а с о к может быть использован для выя­ вления трещин в процессе испытания и для их обнару­ жения после испытания или в перерывах в процессе на­ гружения. По отметкам краской, разбрызгиваемой из пульверизатора, удавалось фиксировать весьма неболь­ шие трещины на ранней стадии испытаний на пульсато­ ре. Указанный метод был, в частности, использован для

трещины с раскрытием больше 0,01 мм и глубиной свы­ ше 0,03—0,05 мм. Протяженность трещин определяется непосредственно; ширина оказывается резко завышен­ ной.

Основными люминофорами являются нориол, шубекол, дефектоль, отбеленная нефть, авиационное масло, технический антрацен (при беспорошковом методе) и др. В качестве абсорбирующего вещества используют окись магния, тальк, маршалит, силикагель и др. Ультрафио­ летовые осветители выпускаются с длинноволновым, ко­

плект ДК-2, выпускаемый промышленностью, входит дефектойль зелено-золотистый (концентрат и рабочая смесь), тальк медицинский, а также оборудование для дефектоскопии.

M а г н и т и о - л ю м и н ё с ц е и т н ы й м е т о д явля­ ется разновидностью магнитного порошкового метода, но значительно более чувствительной — позволяет выяв­ лять трещины шириной больше 0,0002—0,0005 мм и глу­ биной свыше 0,01 мм.

Физические основы этого метода те же, что и обыч­ ного магнитного порошкового метода, но частицы маг­ нитно-люминесцентного порошка светятся при оевеще-

28

нии ультрафиолетовыми лучами, что позволяет исполь­ зовать его для деталей с любой поверхностью.

При использовании люминесцирующего порошка возможна автоматизация не только самого процесса дефектоскопирования, но и фиксации длины трещины. Об­ разец освещается лампой «черного» излучения с длиной

волны 320—400 нм (3200—4000 А). Изображение де­ фекта с помощью оптической системы подается на фо­ тоумножитель; полученные электрические импульсы усиливаются и передаются на самописец или исполни­ тельное устройство.

Фрактографические методы

К фрактографическим относятся методы статическо­ го доламывания, микроскопический и электронномикроскопический. Использование, помимо визуального ос­

медленно образующиеся зоны имеют наиболее гладкие поверхности. Рост шероховатости поверхности по мере удаления от фокуса в основном объясняется ускорением процесса разрушения. Изломы анализируются визуаль­

пользуют в нескольких разновидностях с последующим испытанием предварительно циклически нагруженных образцов на растяжение или при изгибе. С его помощью можно установить истинную геометрию трещин. В ряде

89