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

иые моменты времени. Из полученной зависимости мож­ но определить общее число циклов, в течение которых развивалась трещина, и, зная частоту нагружения, про­ должительность работы детали с трещиной.

Фрактографические исследования показали, что распространение усталостной трещины может быть

роста трещины на отдельных этапах ее развития, но и для более полного анализа характера разрушения. На­ пример, сравнение электронномикроскопических сним­ ков с изломом стали с 0,42% С после испытаний с ча­ стотой в 23000 гц (образцы охлаждали струей воды) и 100 гц позволило установить, что при высокой частоте изломы не имеют следов пластической деформации. Доминируют гладкие хрупкие участки, окруженные

притяжении частиц магнитного порошка к местам рас­ положения дефектов, вызывающих рассеяние магнит­ ного потока в намагниченной детали. Метод пригоден для деталей из ферромагнитных материалов.

Чувствительность метода во многом зависит от вели­ чины силы, действующей на частицы магнитного порош­ ка. Эта сила F в неоднородном магнитном поле опреде­ ляется выражением

Метод позволяет обнаруживать (максимальная чув­ ствительность) трещины сечением не менее 0,01X0,01 мм,

32

расположенные на поверхности или неглубоко (до 2,5— 3 мм) под поверхностью. Чувствительность значительно возрастает, если вместо сухого магнитного порошка применять магнитную суспензию.

Для магнитного контроля применяют темные порош­ ки, получаемые восстановлением окислов железа (же­ лезного сурика), термическим разложением пентакарбонпла железа FeC^COs, а также распылением железа в керосине электрической дугой, измельчением окалины, магнетита и др.

Для выявления трещин на деталях с темной повер­ хностью (в зоне коррозии трения, оксидированных, во­ роненых и др.) с целью получения более контрастной картины применяют светлые порошки серого, желтого или красного цвета, или предварительно на деталь на­ носят тонкий (0,01—0,2 мм) слой белой (или другого цвета, но светлой) нитроэмали. После высыхания дета­ ли подвергают магнитному контролю обычным об­ разом.

Для создания магнитной суспензии применяют ми­

лением закрепляющего бесцветного раствора коллокси­

лака. Перед нанесением покрытия деталь ополаскивают бензином.

Для контроля используются специальные намагни­ чивающие и размагничивающие устройства, работаю­ щие на постоянном, переменном или импульсном токе. С помощью указанных устройств в контролируемой де­ тали наводится продольное, поперечное или комбиниро­ ванное магнитное поле. В переменном магнитном поле сильнее намагничиваются поверхностные слои, что спо­ собствует лучшему выявлению усталостных трещин, вышедших на поверхность детали. Магнитное поле по­ стоянного тока распределяется по всему сечению дета­ ли, в этом случае рассеяние магнитного потока вызывают внутренние трещины.

Контроль можно производить как в действующем магнитном поле, так и при остаточной намагниченности.

Для проверки на усталостные трещины предпочтитель­ нее более сильное, т. е. действующее, магнитное поле. При этом меньше вероятность получения расплывчатых скоплений порошка в местах наминов, натиров и дру­ гих зон, проявляющихся в виде мнимых трещин.

и трубах из ферромагнитных материалов путем записи длины и формы трещины па магнитную пленку. Для этого вдоль образца накладывается магнитная пленка, контактирующая с поверхностью образца в месте раз­ рушения. Образец подвергается импульсному намагни­ чиванию в направлении, перпендикулярном трещине.

головке, рабочей «щелью» которой служит трещина. Проявление пленки производится с помощью обычной эмульсии магнитного порошка, используемой для порош­ ковой магнитной дефектоскопии. Время проявления — несколько десятков секунд. Видимая на пленке трещина

ляет поля рассеяния, возникающие вокруг дефекта при

нитного поля, появляющейся над трещиной, с помощью феррозондовых датчиков, измеряющих величину посто­ янного магнитного поля или его градиент. Степень неод- , нородности пропорциональна в определенных пределах величине площади дефекта. В первом случае вторичные катушки феррозондов с ферромагнитным стержнем включают последовательно, во втором — навстречу друг другу. Через феррозонд пропускают переменный ток вы­ сокой частоты. На выходе феррозонда появляются э. д. с. второй гармоники (рис. 11) [100].

Метод позволяет обнаруживать трещины сечением 0,01X0,01 мм, расположенные на поверхности и (что выгодно отличает этот метод от порошкового), на глу-

34

бине до 30 мм. Аппаратура, более компактная по сравне­ нию с применяемой при порошковом методе, позволяет автоматизировать процесс контроля и записи кинетики развития трещин (рис. 12).

1)регистрировать момент появления усталостной трещины;

2)исследовать развитие усталостных трещин;

Датчики сопротивления имеют различные конструк­ ции и размеры и изготавливаются из разнообразных материалов. Их используют в виде одиночной изолиро­ ванной проволочки или токопроводящей полоски, имею­ щей одно- и многопетлевую, а также гребенчатую форму.

35

Недостатком использования датчиков является не­ обходимость специальной подготовки поверхности, что не всегда допустимо. Иногда при циклическом иагружении датчики разрушаются быстрее, чем появляется трещина в испытуемом объекте. Кроме того, при реги­ страции длины трещины по разрыву датчиков, включен­ ных в соответствующую схему, возникает погрешность вследствие неравномерного запаздывания разрыва про­ волочек на различных стадиях развития трещины.

Проволочные датчики, используемые для исследова­ ния усталостных процессов, зачастую сами выходят из строя из-за накопления усталостных повреждений. Поэ­ тому разрыв электрической цепи, в которую включен датчик, может быть следствием как возникновения тре­

прочность опытных датчиков Б-40. Наиболее низкую усталостную прочность имеют фольговые датчики [10].

На рассеяние результатов, обусловливаемое приро­ дой самого процесса усталости и свойствами материала, накладывается влияние свойств датчиков, качество кле­ евого слоя, расстояние наклейки датчиков от надреза на образце, уровень действующих напряжений и другие факторы, которые по-возможиости следует исключать.

Электромагнитный фиксатор появления трещин, разработанный И. Н. Юшкевичем (рис. 13), позволяет

Т А Б Л И Ц А 1. ХАРАКТЕРИСТИКА УСТАЛОСТНОЙ П Р О Ч Н О С Т И

36

автоматически (включением сигнальной лампы или остановкой электрочасов) фиксировать момент появле­ ния трещины, а также с помощью счетчика определять длительность работы образца или конструкции в пов-

II

Рис. 13. Схема электромагнитного фиксатора появления трещин:

/ — ж е л т а я лампа; 2 — д а т ч и к ; 3 — з е л е н а я лампа

режденном состоянии или останавливать испытатель­ ную машину при появлении трещины.

Фиксатор работает следующим образом: при появ­ лении трещины датчик разрывается и выключает пита­ ние реле 2. При этом гаснет зеленая лампа 3 и включает­ ся питание катушки. Реле начинает работать в импульс­ ном режиме и заставляет мигать красную лампочку, указывающую на то, что трещина появилась. Одновре­ менно вступает в работу электромагнитный счетчик, автоматически определяющий длительность работы конструкции с трещиной. Включение па нормально разомкнутые контакты реле / пускового контактора испытательной машины, позволяет, если имеется необ­ ходимость, при разрыве датчика автоматически останав­ ливать машину.

При наклейке ïio ходу развития трещины нескольких датчиков, каждый из которых подключен к своему

37

ся на самописец. Одновременно на этот же самописец от счетчика числа циклов подают периодическую после­ довательность электрических импульсов, время между которыми пропорционально определенному числу цик­ лов нагружения образца.

Использование гребенчатого датчика и специальной аппаратуры позволяет автоматически регистрировать

Рис. 14. Схема автоматического регистратора роста усталостной трещины

раллельных фольговых тензонитей, замкнутых единым токовыводом с одного конца и имеющих индивидуаль­ ные токовыводы с другого. Датчик наклеивают на по­ верхности материала вблизи вершины трещины (или надреза). Длина тензонитей (10 мм) допускает ветвле­ ние трещины на пути ее движения. Расстояние между тензонитями в решетке составляет 0,25 или 0,5 мм. Си­ стема из нескольких наклеенных в ряд гребенок — тензорезисторов позволяет регистрировать кинетику развития

39

двенадцати каналах счетчики циклов работают синхрон­ но с прерывателем золотника пульсатора. При обрыве какой-либо из тензонитей останавливается счетчик соот­ ветствующего канала. Усилитель каждого канала У-1 и У-2 управляет работой электрического счетчика цик­

По окончании эксперимента считывают показания всех счетчиков, каждый из которых фиксирует число циклов нагружения до обрыва соответствующей нити датчика. С учетом расстояния между отдельными нитями строят функциональную зависимость длины трещины или ско­ рости распространения от числа цикла нагружения.

Для слежения за раскрытием устья трещины по ме­ ре ее продвижения используется приспособление, на уп­

электрического сопротивления датчиков 1—4 при вы­ прямлении ножек приспособления 5, предварительно за­ веденных в преддверие трещины в образце 6.

Использование датчиков в качестве показателей на­ копления усталостного повреждения является новым,

40