автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Инспектирование критических параметров разрушения и трещиностойкости металлических материалов методами количественной рентгеновской фрактографии

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ ИМ. А. А. БАЙКОВА

На правах рукописи

АКИМОВА СВЕТЛАНА ДЖУЛМБАЕВНА

УДК 669. 017:539, 56

ИНСПЕКТИРОВАНИЕ КРИТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАЗРУШЕНИЯ И ТРЕЩИНОСТОИКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ РЕНТГЕНОВСКОЙ ФРАКТОГРАФИИ

05. 16. 01 — Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 /5 К У/О

( С ■■{ / / / .

МОСКВА — 199$

Работа выполнена во Фрунзенском политехническом институте

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Ю. В. Сапрыкин

Официальные оппоненты: доктор технических паук, с. н. с.

В. Г. Кудряшов кандидат технических наук, вед. н. с. Л. И. Куксенова

Ведущая организация: Московский вертолетный завод имени М. Л. Миля

Защита состоится «у^ * Ой 199^ г. в

в

на заседании специализированного совета Д 003. 15. 03 при институте металлургии имени А. А. Байкова АН СССР по адресу: 117334, Москва, Ленинский пр., 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИМЕТ им. А. А. Байкова АН СССР.

Автореферат разослан «_// » 01 199}/ г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

В. М. Блинов

Актуальность работы; Аварийные разрушения машин и конструкций цоказ.али, что традиционный подход к оценке прочности материалов, основывающийся на усредненных номиналь-ни напряжениях без учета в материалах трещйя или трещино-подсбных дефектап, не обеспечивает достаточной надежности и долговечности конструкций. В настоящее время широкое применение в расчетах на вязкость разрушения (трещиностойкость) получила концепция критического коэффициента интенсивности напряжения (КИН), оценивающая работоспособность материала с трещиной при определенном напряженно-деформированном состоянии, однако, значения 1ШН, полученные по разработанным методам даже для одного и того же материала, в ряде случаев оказываются несопоставимыми. Повышение надежности и долговечности металлоконструкций связано с совершенствованием методов оценки конструкционной прочности материалов с трещиной и инспекции разрушений. Разработка методов инспекции критических параметров разрушения и трещиностойкости материалов на основе зон пластической деформации (ЗЦД), выявляемых при рентгеновских исследованиях изломов СИ), имеет научное и практическое значение в. связй со структурной чувствительностью характеристики вязкости разрушения .

Вышеизложенное определяет постановку актуальной научной задачи - установления закономерностей формирования ЗЦЦ на фронте трещины при статическом и циклическом видах наг-ружения с целью получения эмпирической зависимости характеристики треВДИостоЙкостй материалов от определяющих ее структурно-чувствительных Параметров и установления взаимосвязи структурных, фрактографических и силовых характеристик разрушения. Практическая реализация результатов была направлена на решение важной народнохозяйственной задачи - задачи разработки методик инспекции критических параметров разрушения и трещиностойкости металлических материалов разного уровня прочности и структурного класса.

Диссертационная работа выполнена в соответствий с планом научно-исследовательских работ АН СССР по <$унДШ1вН*ЫЬ-ным проблемам машиностоения РАН № 642 от 21.05.86 г»

Цель работы: установление закономерностей формирования 31Щ в И с выявлением структурно-чувствительных параметров. материала на. основе рентгеновского анализа (РА) градиентов структурных искажений (СИ) под поверхностью И и разработка идон.ернщ методик ренггеноструктурной инспекции критических параметров разрушения и трещиностойкости материалов. Для достижения поставленной пели необходимо было: исследовать кинетику роста трещин и фрактографию И; разработать методики и приспособления для выполнения прицельно-локального РА И на установках типа ДЮН; исследовать градиенты СИ, кинетику и эволюцию ЗВД, формирующихся в И при различных температурно-силовых условиях нагружения; разработать методы выявления автомодельной стадии структурно-чувствительного, субкритического роста усталостной трещины и границы перехода от квазиупругого к упругоплаетическому поведению материала в устд& трещины; исследовать трещиностой-кость (вязкость разруш^шЬ материалов разного структурного класса и уровня прочности на основе количественной рентгеновской фрактографии в условиях квазиупругого роста трещин и подобия микромеханизма разрушения.

Научная новизна: выявлен спектр ЗЦЦ в И, состоящий из трех зон и выделена микрозона предразрушения (МПР) с максимальным уровнем и градиентом СИ. Определен аффективный структурный параметр (ЭСП) материала, коррелирующий с размером Ш1Р на стадии структурно-чувствительного субкритического роста .усталостной трещины. Показано, что существует, взаимосвязь ЭСП с размером зерна для низко и среднепрочных сталей , и. с размером других элементов структуры для высокопрочных исследуемых сплавов. Установлено различие в формировании. статической ЗГЩ (зоны "С") в И исследуемых материалов разного уровня прочности, заключающееся в том, что размеры этой зоны по глубине И (Лс) и в направлении развития трещины (Лс), достигшей критической длины, близки по. величине для материалов низкой и средней прочности и могут отличаться почти на порядок для высокопрочных материалов.

На основе установленных закономерностей формирования

31Щ в И получена корреляция характг истики К1С со структурно-чувствительными параметрами [ териала, позволяющая инспектировать статическую и циклт скую трещиностойкость. Установлена возможность выявления г -аниды упругопластичес-кого перехода путем рентгеновских и-следований кинетики и эволюции ЗГЩ в К, что позволяет инспектировать критическую длину трещины и пороговое значение вязкости разрушения. Показана возможность инспектирования рабочих интервалов температур, соответствующих .упругому, каазиупругому, упру-гопластическоцу и пластическою' доведению м&ториала с трещиной с учетом эволюции и структуры спектра 31Щ в И.

Достоверность положений, выводов и рекомендаций обеспечивается выбором комплексного метода исследований, сочетающего теоретические обобщения с экспериментальными исследованиями. Экспериментальные исследования базируются на теоретическом анализе достижений в области физики, механики разрушения и металловедческих аспектов разрушения. Объективность и достоверность получения экспериментальных данных достигается использованием современной регистрирующей и обрабатывающей электронно-вычислительной аппаратуры.

Практическая ценность. Полученные экспериментальные данные о наличии в И, наряду со статической и циклической ЗЦЦ микрозоны с наиболее высоким уровнем и градиентом СИ, могут быть использованы для развития структурно-энергетической концепции вязкости разрушения. Выявленные экспериментально структурные аномалии, сопровождающий упругоплас-тический или вязкохрупкий перехода в материалах с трещиной, позволяют инспектировать вид и критические параметр)! разрушения и уточнять гарантийный ресурс машин и конструкций при конкретных условиях эксплуатации. Полученная эмпирическая зависимость трещиностойкости материалеа от структурно-чувствительных параметров может быть использована для инспекции статической и циклической трещиностойкости после различных упрочняющих обработок. Установленная взаимосвязь между структурными, фрактографическими и силовыми характеристиками разрушения позволяет контролировать рентгеновс-

ким методом напряженное состояние, инспектировать критическую длину трещины, разрушающее напряжение и порогоное значение ЮМ, Разработанные инженерные методики инспекции критических параметров разрушения и трещиностойкости материалов могут быть использованы для определения работоспособности металлоконструкций в реальных условиях эксплуатации.

Научные результаты и практические рекомендации, получанные в работе, внедрены на Московском вертолетном заводе им. М.Л.Миля, Внедрение результатов настоящей работы подтверждено актом, представленным в приложении к диссертации.

Автор защищает:

- методику прицельно-локального РА градиентов СИ по глубине И с выявлением спектра ЗДЗ, и выделением наиболее онер-гоемкой МЛР;

' - способ выявления автомодельной стадии субкритического структурно-чувствительного роста усталостной трещины и границы упругопластического перехода в материале с трещиной:

я) по разрыву или перегибу кинетических диаграмм усталостного разрушения (ВДУР);

б) по изменению в кинетике 31Щ в И;

в) по эволюции МГ1Р и градиента СИ в ней;

г) по изменению ведущего микромеханизма разрушения;

д) по корреляции ЭСП материала с размером зерна или других элементов структуры;

- способ определения нетто - напряжения > соответствующего упругопластичоскому переходу в материале с трещиной критической длины ¿V, по известному пределу текучести

б02 и экспериментально установленной корреляции

- методики рентгеноструктурного инспектирования и с определением вида и критических параметров разрушения, с оценкой жесткости напряженного состояния и работоспособности материала с трещиной при различных тешературко-скловнх условиях нагружения.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и об-

к Данная корреляция установлена совместно с Бурбой В.И.

б

суждеда на П-й Всесоюзной научно-технической конференции "Надежность и долговечность машин" /г.Куйбышев, 1984 г./; Всесоюзной научно-технической конференции "Субструктурное упрочнение металлов и дифракционные методы исследования" /г.Киев, 1984 г./; Всесоюзном ХП научно-техническом совещании по тепловой микроскопии "Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур" /г.Москва, 1986 г./; IX Международном конгрессе по исследованию материалов /г.Будапешт, 1986 г./; IX конференции по усталости металла в /г.Москва, 1986 г./; ХШ Всесоюзной научно-технической конференции "Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур" /г.Каунас, 1989 г./.

Публикации. Основное содержание диссертации опу&шкова-не а II печатных работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с краткими выводами, общ« шводоа, библиографии из I?! наименования, изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков и 18 таСлип.

ОСНОВНОЙ СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Во введении показана актуальность проблеод,- сформулированы цель и задачи исследования, перечислена положения, выносимые на зациту

В первой главе приведен обзор соврвакнных подходов в рамках механики разрушения к оценке грещнностойкости материалов. Рассмотрены концепции КМН и критической плотности ! »ергии деформации ШШД). Показано, что критический КИН и { /ЭД - структурно-чувствительные характеристики трещиностоЯ-1 эсти, учитывающие локальные свойства материала в устье трещины. Про анализированы экспериментальные данные и теоретические обобщения о влиянии температурно-силовых условий и скорости нагружения, химического состава и структурного состояния материала на трещиностойкость. Показана недостаточность исследований влияния структурных факторов и локальной пластичности на характеристики трещиностойкости материала. Рассмотрены преимущества и перспективы количественного РА, как метода исследования И, позволяющего выявить градиенты СИ и

и кинетику ЗВД под поверхностью разрушения. Проанализированы экспериментальные данные по РА ЗПД в И и микрофрактогра-фическоцу анализу И. Показана возможность оценки вязкости разрушения материалов на основе исследован ¡й ЗПД, Обращено внимание на ограниченное ^исло исследований структурно-энергетических аспектов разрушения и на необходимость изучения взаимосвязи между кинетическими и структурно-фрактографиче-скими характеристиками разрушения, а также выявления структурно-чувствительных параметров, коптролирущи: трещиностой-кость материалов; сфорцулировани задачи исследов<лия.

Во второй главе ntiftiresw материалы и методики исследования. Исследование проводилось на материалах разного уровня прочности ( 252,, .1050 Ulla) и структурного класса. Все материалы испытывали после термической обработки: стали 16ГС, 08ГТ, 09Г2С (нормализация, 930°С), 20ЮЧ, 20К, 20 (отжиг, 930°С), 45 (отжиг, 850°С), 14Х2ГМРЮЧ (закалка 930°С, отпуск 450°С), XI8HI0T (в горячекатанном состоянии), титановый сплав BT3-I (изотермический отжиг при 560°С,2 ч.), стали I8X2H4BA, 40ХН2МА (закалка 860°С, отпуск Ь60°С), алюминиевый сплав ABT-I (закалка 520°С, искусственное старение при 160°С, 10 ч.), Сталь 20 испытывали до и после механика -тер*ич«1-шй обработки (MTÖ), с целью изучения влияния режима L'TO ' а трещиностойкость стали 20.

1Ь?сдг исследования включали механические испытания на ■ cTdt'H«.-?;кую и циклическую трещиностойкость, рентгеносгрук-•еуфпА ftimit 1 изломов, оптическую и электронную Ч'зтшиьгра-фиг, растровую электронную микроскопию и профило^егрию поверхностей разрушения.

.Эксперимента на статическую (при -19б°С и +20'С) и циклическую трещшостойкость (при -+20°С) проводили на призматических образцах ВР толщиной 2,0,. .4,0-Ю_2м, иэготовлен-них в соответствим с требованиями РД S0-260-ÜI, Из сплава АВТ испытывали об.рседы толщиной 1,5'10-^м. Оценка циклической трещиностоГшосп' сдали 20 до и после МТО проведена на образцах толщиной 1,3., ,3,0'10~2м в условиях циклического Зх точечного изгиба. Испытания на трещиностойкость проведены на электромагнитной резонансной ус.танов! е"11нстрон 1603"

и установке"Инстрон 1251я в соотв тствии с ГОСТ 25.506-85 и рекомендациями.РД 50-345-82.*

РА И образцов выполнен на ре( геновском дифрактометре ДГ0Н-3,0 в Со-излучении при напря ении на трубке 33 кВ И силе ток/1 12мА с применением микр .¿Ш "Электроника ДЗ-28*. Для локального исследования градиентов СИ на поверхности и по глубине И в работе применена методика прицельно-локаль» ного РА. Локальность исследования по длине И достигалась конструкцией держателя И (позволяющей с точностью до 2»1<У4 м контролировать положение снимаемой точки после переустановки И, связанной с травлением) и геометрией съемки. Были установлены оптимальные размеры первой щели в 0,25'10~^м й соответственно второй - в 0.5.1(Г3М. Локальность исследования По глубине И определяется толщиной стравливаемого с Й слоя металла и толщиной микрослоя, эффективно формирующего картину рентгенограммы, в связи с чем применяли микротравление (толщина стравливаемого слоя не превышала 5'10~®м) и прямой контактный способ контроля, повышающий точность измерения толщины по сравнению со способом косвенного контроля до трех раз. Исследования микрорельефа поверхности И проведены на сканирующем микроскопе пЗ/$М -1/3" с использованием темплетов толщиной 1...2-10~2м, вырезанных из центральных частей И. Оценка шероховатости поверхности И произведена согласно ГОСТ 2789-73. Определялась высота микронеровностей . Профилограммы поверхности И снимали на про-филометре-профилографе М-201, Анализ микроструктуры материалов выполнен на микроскопах нНеофот~2п й н - 1/3 В третьей главе изучены изменения в кинетике роста трещины во взаимосвязи со структурно-фрактографическими особенностями разрушения исследуемых материалов. Анализ показал, что на среднем (2-м) участке КДУ1 часто имеет место разрыв или перегиб, соответствующий Изменению ведущего микромеханизма разруяенйя и'структурным аномалиям, выявленным рентгенографически 8 изломах На определенном расстоянии

к Механические испытания на статическую и циклическую т-щиностойкость Сил я проведены совместно с З.й.Бурбой.

от очага разрушения. Поскольку излом является результатом механического воздействия на материал с определенными физико-механическими свойствами, а формируемые в процессе деформации и разрушения ЗЦЦ определяются видом, режимом наг-ружения и другими факторами, то достаточным является изучение влияния на трещиностойкость материалов механических свойств и ЗПД, Поэтому в работе определены механические свойства исследуемых материалов и исследована кинетика ЗЦД в И при квазиупругом, упругоплаетйческом и пластическом поведении материала с трещиной. В более деформировалной зоне "В" выявлена МНР "А", отличающаяся максимальны;,1 уровнем, градиентом и плотностью СИ "(рис.I). При исследовании размера МНР по глубине усталостного излома ( Аа ) установлено постоянство этой величины до достижения трещиной определенной длины, названной критической длиной и обозначенной через ¿х , а при длине трещины резкое увеличение Аа . Анализ изменения глубины Ас ЗГЩ - "С" в зависимости от длины трещины тоже выявил интенсивное увеличение Ас при достижении трещиной длины . Электронно-микроскопическими исследованиями фрактографии И выявлены ведущие микромеханизмы разрушения. Во всех случаях обнаружены изменения в микромеханизме разрушения при достижении трещиной длины . Показана связь изменений в кинетике ЗГЩ а И при длине трещины

, отвечающей упругопласткческому переходу, с изменением ведущего микромеханиэма разрушения. Сопоставление критических длин трещины , установленных кинетическим, фрактогра-фическим и рентгекоструктурнкм анализами выявило удовлетворительную корреляцию этих величин.

Структурно-фрактографические аномалии, выявленные при длине трещины , дают основания принять этот параметр за критическую длину усталостной трещины и экспериментально определять критический уровень нетго-напряжения , контролирующего достижение верхней границы стадии автомодельного субкритического роста усталостной трещины при квазиупругом поведении материала. В работе произведена экспериментальная проверка интервала изменения безразмерной величины <5т/ на материалах разного уровня прочности. Исследования показа-

Рис. I, Модель спектра ЗЦЦ, формирующегося в усталостном" излсие пластичного при циклическом нагружении материала и а статическом изломе при упругопластичееком или пластическом поведении материала с трещиной.

Рис, 2, Эволюция зон пластической деформации в изломах конструкционных материалов при различ!5ых температурно-циловых условиях цагружекия»

ли, что соотношение <5^/6"^ для данного материала и структуры не зависит от уровня нагрузки и толщины образца. Вместе с тем величина оказалась чувст! итальной к пределу текучести материала. Постоянство глубины МПР для данного материала и структуры на стадии автомодельного субкритического квази.упругого роста трещины позволяет рассматривать этот параметр как ЭСП материала ( Асл ) и с учетом его осуществлять количественную реитгеноструктурн'ю инспекцию И с определением вязкости разрушения Кх, используя известную форцулу Андрейкива А.К.

кк = ^Лм-г-Е-и-Ут+^-чУ''

где ( Ьсл) - эффективный структурный параметр материала (размер МПР, выявляемой ь квазиупругом усталостном и в квазихрупком статическом И). Расчет К1С по этой форцуле для комнатной температуры испытания показал корреляцию ее значений с вычисленной по соотношению, полученному из постоянства произведения в интервале температур от 20°С до -19б°С, установленного Дж.Краффтом и Дж.Ирвином: Л"Аг0)-- 627 6 , где значение \ , полученное ка малых; образцах, испытанных в соответствии с Ц 50-I в жидком азоте; предглы текучести при Г)'С и -196°С.

Аигм % экспериментальных и расчетных значений, установленных ' »: лччы-чи способами - по эоне Ас ( ), по Ша*

I К* ) к с учетом постоянства произведения Я" • К, „ (К?),

^ 0,2 V 1С

пск&зш удовлетворительную их корреляцию. Анализом ааолюции

ЗЦД в И, полученных при различи температурах испытания, показана возможность инспектирования рабочих интервалов температур, которым соответствует определенное поведение материала с трещиной, (рис.2): е) упругое, при 4 ¿Аз , где ¿Аз третья, критическая температура хрупкости; 6) кыазиупругое, при. 1Кг ~ ЬИ « 5' упругопластическое; при 4, > 4/ >

с), пластическое., ори - . Установлено, что: I) при квазихрупком разрушении- ц интервале температур квазиупругого поведения материала и щщ, усталостном разрушении при +20°С и низких отнйсияьда.ад уровнях напряжения в сечении с

трещиной ( 6т / 632£0,1...0,3) формирующиеся в статическом и циклическом И ЗПД ("А" и "С") имеют близкие размеры (рис.2в,д,е), что указывает на подобие в характере поведения материала с трещиной; 2) квазиупругое поведение материала при циклическом нагружении сохраняется до момента достижения трещиной критической длины £* , при которой начинается упругопластический переход - изменение жесткости наг пряженного состояния, кинетики ЗГЩ и ведущего микромеханизма разрушения (рис.йк); 3) при ¿1 < глубина Ьс 311Д -"С" в И образцов из материалов разного уровня прочности (пластичных при циклическом нагружении) пропорциональна

К/пах* а ПРИ ^ пропорциональна К%ах . где П<I

- для материалов высокой прочности и /} I соответственно, для материалов низкой и средней прочности. Выявленные условия реализации упругопластическсго перехода при циклическом и статическом нагружении позволяют сделать заключение об единстве физической природы разрушения материалов. Анализом размеров ЗПД "С" ,-ри критической длине трещины в различных сплавах показано, чтз соотношение размеров зон по глубине И ( ) и в направлении развития трещины () зависит от уровня прочности материала. В низко- и среднепрочных сплавах (сталь 20.АВТ-1 и др.) эти параметры ЗЦЦ, отвечающие критической длине трещины <?*, близки по своим значениям. В высокопрочных материалах (сталь 18Х2Н4ВА.40ХН2МА и др.) параметры Ьс и Гс могут различаться почти на порядок. Такая закономерность в формоизменении макрозоны "С" для сплавов р» :.ного уровня прочности позволяет представить модель разви-Т1 1 311Д "С" для этих сплавов. ■«

На основе ЛМР и установленной взаимосвязи параметров ЗДЦ /¡с и Лс предложены формулы для определения порогового значения КИН ( и произведены расчеты для материалов низкой и средней прочности по формуле • • |',

где - принятое среднее значение коэффициента перенапряжения, равное 2,6; для материалов высокой прочности по фор-ЧУле Ки - ^ > <о02 • • ^ = Шс/Г^

Получена удовлетворительная корреляция расчетных и опытных данных. В работе исследована взаимосвязь параметров струк-

тури материала с глубиной МНР - ЬА . Выявлен эффективный структурный параметр материала ( Лсл ), коррелирующий с размером зерна или других элементов структуры, а также установлены условия корреляции />сл с . При РА И стали 20, прошедшей МТО по разным режимам, определен оптимальный режим упрочняющей обработки, позволяющий повысить циклическую трещиностойкость этой стали.

В четвертой главе показана возможность использования приведенного коэффициента локальной пластичности *ак единого критерия жесткости локального напряженно-деформированного состояния в устье трещины при инспектировании разрушай— щего напряжения и характера поведения материала с

трещиной. Представлено теоретико-экспериментальное обоснование связи ЭСЙ1 материала С АСп), коррелирующего с размером МГ1Р при ¿¿< ¿-л, с силовыми и энергетическими характеристиками разрушения. Рассмотрены разработанные на основе установленной связи методики рентгенографической инспекции критических параметров разрушения и трещиностойкости материалов. Для исследования связей между микро- и макропараметрами разрушения были привлечены теория подобия и структурно-энер;'ети юский подход. Анализ экспериментальных данных показа;;, «Т1 кинетика ЗЦЦ прежде всего контролирует скорость трещига и границу ее автомодельного роста. Следовательно, должка '-мтываться структурные параметры подобия локального раэру •• учета локальной пластичности в устье трещи-

на важное значение имеет безразмерный критерий лок«шьной нлас 1'ичности С Ас / ¿^ , контролирующий стесненность пластической деформации в устье трещины. В настоящей работе изучено изменение жесткости локального напряженно-деформированного состояния на основе физически обоснованного — -критерия. Для выполнения количественной инспекции разрушения и сопоставления в условиях подобия по локальному напря-*енно-деформированноцу состоянию экспериментальных данных, полученных на различных по форме и размерам образцах, в работе применен предложенный Ю.В.Сапрыкиным приведенный коэффициент локальной пластичности ( Сгл ), учитыиаощий влияние масштабного фактора при помощи коэффициентов подобия.

Приведение опытных денных по г храметру , установленных на геометрически подобных обр зцах, к одной и той та относительной длине трещины {С(В) =0,45= const позволило получить ^зависимость приведенной относительного размера ЗГЩ: ¿J = M cr?/£n)' от относительного уров-

ня напряжения^ 6¿/()¿>¿> для призматических образцов разных размеров из етгитей рапного уровня прочности и структурного класса, а также из,сплавов ABT-I и BI3-I (рис.3). Однако, полученная корреляция (рис.З) неприемлема для инспекции разрушающего напряжения при аварийных разрушениях гладких образцов и деталей, не имеющих глубоких надрезов или выточек. В этом случае;, как показывают эксперименты на гладких модельных образцах, относительная субкритическая длина усталостной трещины значительно меньше 0,45 и в большинстве случаев близка к 0,25.

Корректировка опытных данных по С^д , представленных на зависимости I (рис.4), с помощью коэффициента подобия относительных длин трещины X¿ =[( £#/ В )ф/( ¿IB )ffî где {£*/В)ф^0,45 и {£/В)/, =0,25, приводит к сдвигу этой зависимости сначала вверх - в область больших значений С^п (до уровня линии 1-а на рис.4), а потом - вправо (до лини» 1-6, рис.4) - в область больших значений €¿/6"¡¡¿í уменьшение приведенной (относительной) субнритической длины трещины с 0,45 (рис.3) до 0,25 (рис.4) и соответствующее этому увеличение значений С^ (при неизменных размерах образца и температуры) должно быть обусловлено повышением напряжения ( 6¿). Значение 6¿ , отвечающие зависимости 1-6 (рис.4) определяли с учетом нагрузки Ртах* ве_ личину которой устанавливали по РД 50-260-81: Ртох = ( 8 - 1 f-t /2 ( 23 + £) при е~е*1Л 6„0 = (где 8* =0,25), Зная Ртах и используя это же «отношение, находили

6¿ при условии, что £ =0. Для определения разрушающего напряжения на расстояний £„ от очага разрушения, при

Í. Получено Сапрыкиным Ю.В., доцентом ФИЛ.

2. Здесь <c¡¿ - приведенное номинальное брутто-напряжение, устанавливаемое расчетным путем по соотношению: 2Рта* ' ( 2Q+ £„)К 3 - £h)2-Í при условии отсутствия в образце нодпэза, т.е. при £м =0.

Ib

гис. 3. Зависимость приведенного размера пластической зоны С.п /¿п)''2 в усталостном изломе от номинального нетто-напряиения Ь„п в сечении с трещиной. 1(1') и П - соответственно области квазиупругого и упругопласгического поведения материала с трещиной

6/, / в =0,25 (где 3 - размер излома в направлении распространения трещины), рентгеносъемкой с поверхности излома, чередующейся с послойным стравливанием, выявляется глубина

Ас ЗВД - "С". При ¿/840,5 ( В , t - соответственно длина и ширина излома в случае прямоугольного сечения детали) величина подлежит корректировке (приведению) посредством коэффициента подобия относительных размеров деталей кр ; hc/f- hc ■ kp , где hCf> ~ приведенный размер

ЗПД. Затем определяется параметр С^ =( hcn / Сл ) и с помощью зависимости С£Г) = | ( 6L / 642) (рие.4) устанавливается относительный уровень разрушающего напряжения ■ Таким образом, теоретико-экспериментальные исследования дают основания рекомендовать полученные результаты и методики на основе количественной рентгеновской фрактографии для инспекции критических параметров разрушения и трещино-стойкости металлических материалов.

ОСНОВНЫЕ ШВОДН : ' I. Выявлена рентгенографически микрозона предразрушения размером hA по глубине излома, отличающаяся от статической и циклической ЗЦЦ максимальным уровнем, градиентом и плотностью структурных искажений.

. 2. Установлен-эффективный структурный параметр материала, коррелирующий с размером fy^ микрозоны предразрушения в квазиупругой области и определяющий границу стабильного структурно-чувствительного роста устшюстюЖ трещины. .• 3. Установлена экспериментальными исследованиями взаимосвязь эффективного структурного параметра материала (Асл) г силовыми характеристиками разрушения при каааиупругом па-ведении материала с трещиной.

4. Установлена возможность инспектирования па эволюции зон пластической деформации интервалов температур и характера поведения материала с трещиной: пластическое, упругоплас-тическое; квазиупругое и упругое.

5. Мнкроструктурнш анализом показано» что, стабильное развитие трещины определяется соизмеримостью эффективного структурного параметра (Асп) с размером зерна для низко- и среднепро'шьсх сталей, а аля высокопрочных материалов - с

размером структурных составляющих сплава.

6. Установлены закономерности формирования и развития 311Д в сплавах различного уровня прочности и на их основе корреляционные соотношения длн расчета характеристик тре-щшостойкости материалов.

7. Определен оптимальный режим упрочняющей UTO стали 20, повышающий ее циклическую трещиностойкость.

8. Показана взаимосвязь изменений в кинетике роста трещин с изменениями в микрорельефе поверхности ррушения и кинетике ЗПД при доставши трещиной критической длины I* ,

9. Установлена экспериментально взаимосвязь относительной величины напряжения упругопластического перехода от предела текучести материала, позволяющая по уровню прочности (oati инспектировать разрушающее напряжение.

10. Разработаны методики рентгеноструктурной инспекции изломов с определением критических параметров разрушения к статической, циклической трещиностойкости металлических материалов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1.Сапрыкин Ю.Б., Акимова С.Д., Фридман З.Г., Лобзов М. А. Влияние UTO на сопротивление росту усталостной трещины

в стали 20//1к)вшение эффективности технологических процессов сллн.-'ГО формообразования деталей машнос 'роения/ Тез. докл J згп. научно-тед» конференции. Фрунзе. -1984 i-С. 91-94,

2. '.апрыкин £> Б., лктякш.а С.Д. Применение метода рентгене мий'А брчктографй» к анализу работоспособное ra ул те риала при циклическом нагружеши//Надежность и долггвечность. mslhh/ Тез.докл.II Всуаоюзи.иаучш-тех.конференции. Куйб»-шев.-1684.-С Л19-120.

3. Сапрыкин Ю.В., Акимова С.Д. Исследование влияния Шй на трещиностокость конструкционной стали методами рентгенографического и кинетического анализа усталостных изломов// Субструктурное упрочнение металлов и дифракционные методы исследования/ Тез.докл. Всесошн.научно-тех. конференции. Киев.-1985.-С.139-140.

4. Сапрыкин Ю.Б., Акимова С.Д., Бурба В.И. Структурно-анергетииеский анализ трещиностойкости конструкционных ста--

лей при различных темлературно-сил- мх условиях нагружения// Структура и прочность материалов в зароком диапазоне температур/ Тоз.докл.ХГ! Всесошан,научно гсх.Конференции.--Москва. -1986.-С.31-33.

Ь. Сапрыкин Ю.В., Нурба В.И., Акимова С.Д, Определение статической вязкости разрушения KIf методом рентгеновской фрпктографии//1Х Международный конгресс по исследованию материалов/ Тез.докладов.-Будапешт.-1987.-С.349-350.

6. Сапрыкин Ю.В., Бурба В.И., Акимова С.Д. К вопросу об инспекции разрушения методом количественной рентгеновской фрактографии//1Х Всесоюзи.конференц.по усталости металлов/ Тез.докладов.-Москва. -1986.-СЛ56-158.

7. Сапрыкин Ю.В., Акимова С.Д., Цурба В.И. Структурно-фрактографическая микромеханика разрушения конструкционных сталей при различных условиях нагружения//Физико-хим.меха-! шка материалов. -1986. -JF6. -С. 3-13.

8. Сапрыкин Ю.В., Акимова С.Д. Исследование упрочнения материалов методом количественной рентгеновской фрактогра-фии//Повышение качества деталей машин пластическим деформированием/ Тез.докладов ресцубя.научно-тех.конференции.-Фрунзе.-1988.-С.206-207.

9. Сапрыкин Ю.В., Тороев А., Акимова С.Д. Определение границ упругопластических зон в изломе конструкционных сталей рентгеновским методом//3авод.лаборатория.-1989.

С. 37-40.

10. Сапрыкин Ю.В., Акимова С.Д. К измерении толщины ■ стравленного с поверхности излома микрослоя материала,формирующего дифракционную картину рентгенограмм//Завод.лабо-рато рия.-1989.-№5.-С.51-53.

11. Сапрыкин Ю.В., Акимова С.Д. Эволюция упругопластиче-ского спектра зон в изломах конструкцмонн ос сталей при различных температурно-силовых условиях нагруясения//Структура

и прочность материалов в широком диапазоне температур/ Тез. до к л. ЗОН Всесоюзн. научно-тох.конференции.-¡Саунас.-1989.-C.I39-I4I.