книги из ГПНТБ / Дроздовский Б.А. Влияние трещин на механические свойства конструкционных сталей

прогиб образца и машины, почему фактически разгрузка проис­ ходит не по вертикали, а по линии СЕ.

Силаизмерительяый механизм пресса Гагарина, обладающий значительной инерцией, не отмечает снижения нагрузки до нуля в момент срыва, хотя небольшое снижение с последующим подъемом нагрузки после срыва все же обычно наблюдается.

Таким образом, при наличии частичного срыва, для получе­ ния работы излома из общей площади диаграммы, кроме пло­ щади, соответствующей пластической деформации до разруше­ ния ОАВН, вычитается площадь GCDF. Линия FD представляет собой как бы линию нового нагружения образца, сечение кото­ рого уменьшено трещиной срыва. То, что нагружение образца, надрезанного трещиной, идет действительно подобным образом, можно видеть на экспериментальных кривых, показанных на рис. 54.

Указанные соображения справедливы только в тех случаях, когда нож в момент срыва разгружается действительно пол­ ностью. Однако в некоторых случаях отделения образца от ножа не происходит, а нагрузка все же падает по прямой, имеющей тот же наклон, что и прямая CD (ем. рис. 53). Для установления подобного различия необходимо иметь менее инерционный и бо­ лее чувствительный указатель падения нагрузки, чем силоизме­

112 Оценка чувствительности к трещинам по величине работы излома

рители на прессах Гагарина и ИМ4А. Однако чем меньше срыв, тем меньше скорость падения нагрузки, тем меньше вероятность ее падения до нуля. Поэтому в случае срыва, сопровождающе­ гося дальнейшим плавным падением нагрузки и по величине, меньшего 7з максимального усилия, в данной работе условно

Рис. 55. Диаграммы статического изгиба образцов Менаже из стали 37XH3A после закалки с 820° и отпуска при 560°. Числитель дроби в кружках — порядковый номер образца. Знаменатель — порядковый но­ мер нагружения данного образца. Сплошные линии — прямой ход ма­ шины. Пунктирные линии — обратный ход машины. Образец № 4 испы­ тывался с многократными перерывами в нагружении. После каждой

разгрузки дно надреза фотографировалось (рис. 56 и 57). Образцы 5, 6, 7, 8 нагружались до точек, отмеченных кружками, раз­ гружались и фотографировались (рис. 57). Микрофотографии продоль­ ных центральных сечений этих образцов, перпендикулярных надрезу, да­

ны на рис. 58

принято считать кривую разрушения непрерывной и оценку ра­ боты излома производить по полной плошади нисходящей ветви диаграммы, без вычитания площади GCDF.

В приведенных на рис. 52 и 53 схемах работа излома счи­ талась от точки начала падения нагрузки. Как показали наблю­ дения за полированным надрезом в сопоставлении с диаграм­ мой нагрузка — прогиб (рис. 55—58), мелкие трещины — над­ рывы, видимые даже при увеличении в 100 раз, образуются раньше точки максимума на диаграмме.

Точка максимума, таким образом, является условной точкой, соответствующей некоторой критической глубине трещины, после которой нагрузка начинает падать.

Скорость углубления этой трещины и связанная с ней ско-

116 Оценка чувствительности к трещинам по величине работы излома

Влияние «податливости» нагружения (запаса упругой энергии) на характеристики хрупкого разрушения было изучено Е. М. Шевандиньим с сотрудниками еще в 1950 г., но опубликовано лишь недавно. При неизменной жесткости машины и образца учет упругой энергии не вносит принципиального различия в измере­ ние работы излома.

Рис. 59. Окончательная схема измерения работы излома. Заштрихованная площадь диаграммы ЛМо2 — работа излома. Полная работа деформации измеряется полной площадью диаграммы:

/ пл — стрела пластического прогиба; / м02— прогиб при разрушении; Р макс- максимальное усилие при изгибе

Если бы напряжения вблизи вершины трещины в процессе ее распространения существенно не менялись и сечение образца сохранялось прямоугольным, то глубина трещины, соответствую­ щая снижению нагрузки на 0,2 Р шкс ориентировочно была бы равна 0,1 ha (где h 0 — высота сечения «нетто» надрезанного об­ разца), т. е. для образца Менаже примерно 0,8 мм.

Угол а (рис. 50) определяется экспериментально. Образец заданной формы, изготовленный из достаточно твердой стали (больше 45 Rc ) обжимается на испытательной машине опреде

ленным ножом. При этом образец располагается не на двух опорах, а на плоскости. Нагрузка доводится до величины Р у, предварительно определенной разрушением подобного же образ­ ца. Затем этот образец подвергается испытанию при расстоя­ нии между опорами 40 мм тем же ножом. При этом нагрузка

118 Оценка чувствительности к трещинам по величине работы излома

при данном моменте сопротивления и расстоянии между опора­ ми наибольшие значения работы излома, было проведено срав­ нительное испытание образцов трех типов с одинаковым момен­ том сопротивления (W = 106 мм3), но различным отношением вы­

0,027% Р; 1,71% Сг; 3,96% Ni; 0,33% Мо и подвергались за­

лись также с надрезом в виде трещины глубиной 2 мм, полу­ ченной при циклической перегрузке (подробно о методе получе­ ния этих трещин см. ниже). Ширина конца трещины была мень­ ше 0,6 мк. Определение работы излома проводилось в этих опы­ тах по схеме рис. 59.

Из рис. 61 видно, что при увеличении радиуса надреза вели­ чина работы излома уменьшается. Наиболее резко это умень­ шение заметно при переходе от трещины (радиус ~ 0) к надрезу радиусом 0,5 мм, однако и при увеличении радиуса от 0,5 мм до 1 мм величина работы излома также уменьшается.

Из кривых статического изгиба образцов (рис. 62) видно, что прогиб и работа деформации до максимума нагрузки сущест­ венно уменьшаются при увеличении радиуса основания надреза,

вто время как работа излома несколько возрастает.

Вряде случаев работа излома остается неизменной при пере­ ходе от надреза радиусом 1 мм к трещине, однако ни для каких материалов не наблюдалось закономерного уменьшения работы излома при увеличении остроты надреза.

Это еще раз указывает на принципиальное отличие законо­ мерностей изменения работы излома (после возникновения тре­ щины) и полной работы.

Как видно из рис. 63, уменьшение ширины образца ведет к увеличению работы излома, вследствие увеличения доли поверх­ ностных зон (скосов в изломе). Для образцов сечением 7X14 и 8X10 изменение радиуса надреза от 0,5 мм (пунктирная ли­ ния) до 1,0 мм (сплошная линия) не оказывает влияния на ве­ личину работы излома, для образцов же сечением 11 X 5,5 ука-

Рис. 61. Изменение работы излома в зависимости от радиуса надреза. Сталь 18ХНВА. Закалка с 860° и от­ пуск при 160°

Нагрузка

Прогиб

Рис. 62. Диаграммы статического изгиба образцов с надрезами раз­ личной остроты. Сталь 18ХНМА закалка с 860° и отпуск при 160°:

120 Оценка чувствительности к трещинам по величине работы излома

занное изменение радиуса надреза несколько увеличивает ра­ боту излома.

Рис. 63. Изменение работы излома (А мог )в зависимости от отношения высоты сечения образца к его шири­ не при неизменном моменте сопро­ тивления. Сталь 18ХНМА, закалка и отпуск 160°. Момент сопротивления W — ПО мм3. Радиус надреза: пунктирная линия 0,5 мм, сплошная линия— 1,0 мм; h — высота сечения в надрезе; b — ширина сечения в над­

резе

С учетом изложенных в настоящем разделе результатов, для

биной надреза 2 мм и радиусом 0,5 мм, так как получение абра­ зива толщиной менее 1 мм иногда затруднительно.

При испытании на 2-тонной шкале машины ИМ4А в отдель­ ных случаях может быть допущено уменьшение сечения образца до 2,5x5 мм.

При испытании на 1-тонной шкале пресса Гагарина мини­ мальное сечение образцов может быть 2 X 4 мм.

Расстояние между опорами во всех этих случаях сохраняет­ ся 40 мм.

Для опытов, результаты которых приведены ниже, работа

различные обозначения: конечная работа излома, определенная по схемам 49 и 50, обозначается символом Ам", а работа излома, определенная по последней методике (рис. 59),— символом /4М02,

Как будет показано ниже, эти характеристики между собой принципиально не различаются. Введение наклонных прямых для ограничения площади диаграммы, соответствующей работе излома, имеет значение только при работе на машинах, сущест­ венно различающихся по податливости. Введение начальной точ­ ки отсчета, расположенной ниже максимума нагрузки позволяет