автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Использование характеристик дифракционных линий деформированных металлических материалов в оценке долговечности элементов конструкций

рт 6 он

НИ2ЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ГРИШИН Владимир Анатольевич

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДИФРАКЦИОННЫХ ЛИНИЙ ДЕФОРМИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ • МАТЕРИАЛОВ В ОЦЕНКЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ

Специальность 05.16.01 - металловедение и термическая

обработка металлов

Авторефера» диссертация на соискание ученой степеЕИ кандидата технических наук

Няхнай Новгород 1994

Работа выполнена на кафедре отдельных технических дисциплин Нижегородского государственного педагогического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Куров И.Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шетулов Д.И.

катоздат технических наук Скобло A.B.

Ведущая организация: Центральное конструкторское Овро по судам на подводных крыльях . (ВДВ по СЕК).

Защита состоится ." " J-'/'.л. 199_£г. в ^ час,

на заседании специализированного Совета К 063.85.05 по присуаде-нио ученой степени кавдвдата технических наук в Нижегородском

о

государственном техническом университете по адресу: 603600, г.Нижний Новгород, ул.Минина, 24.'

С диссертацией мотто ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан "-/У" - •■ -С-_199__^г.

Ученый секретарь специализированного Совета

к.т.н., доцент (^xz.Sc-c^e^f^. <В.А.Васильев)

ОЩ/Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Ключевой проблемой создания и эксплуатации изделий машино строения и еда о строения является создали? техники новых поколений, от которой требуется увеличение единичной мощности при снижении весовых показателей с высокими требованиями к качеству изготовляемой продукции, усталостной прочности металлов, которая относится к числу важнейших факторов, определяющих выбор прочных размеров элементов конструкций. Опыт эксплуатации конструкций машиностроения и судостроения показывает, что исключить возможность появления разрушений, связанных с усталостной долго вечностью, не удается, несмотря на возрастающие масштабы экспериментальных и теоретических исследований усталости материалов и конструкций и на развитие методов анализа прочности и проектирования. Собственно усталость приводит к нарушению. эксплуатационных качеств конструкций и необходимости их ремонта. Процесс разрушения очень сложен. Усталостная долго вечность конкретного узла конструкции зависит от множества факторов, таких как сопротивление материала, напряженность, концентрации напряжений и т.д.

. В связи с этим актуальным является создание практических способов индивидуального прогноза или оценки долговечности, основанных на современных эффективных физических методах, и средств неразрушдющего контроля. Поиски рациональных способов - сложный процесс, включающий экспериментальные исследования в лабораторных услошях и практическую' проверку в узлах конструкций.

Цель работы. Решить научно-техническую задачу инженерного применения дифракции рентгеновских лучей, позволяющую проводить оценку долговечности металлических материалов и некоторых элементов конструкций судов на подводных крыльях ССПК).

Научная новизна» Впервые разработан и сформулирован инженерный метод использования дифракции рентгеновских лучей, позволяющий решать задачи ивдиввдуального прогноза долговечности элементов конструкций, с помощью которого возможно статистическое оценивание количественных показателей долго вечюсти при циклическом нагружении. Получены аппроксимирующие функции для интегрального физического уширения дифракционных линий в зависимости от величи ны пластической деформации сталей Ст. 3,35X11111, 35ХН35Ф, 38ХНЭШ и алюминиевых сплавов АМГ-61, Д16. Значение ширины Лауэ являете*, параметром, с помощью которого определяется константа разрушения Коффина и характеристики естественного разброса усталостной проч кости. Экспериментально установлена связь мевду шириной Лауэ и долговечностью.

Впервые установлены характерные особенности асимметричного уширения рентгеновских дифракционных максимумов при статическом и циклическом нагружении алюминиевых и никелевых фольг. Получены новые экспериментальные результаты-, отрагающие связь асимметрии с шириной Лауэ и долговечностью.

Разработан и создан новый способ оценки долговечности с помощью структурно-чувствительного датчика, изготовленного из алюминиевой фольги технической чистоты. Проверена чувствительность-датчиков для реальных уровней нагрузенности СПК и статистическая оценка долговечности тД "Восход-й2". 4

Практическая ценность. Разработаны и внедрены при проведении испытаний высокопрочных сталей на ыалоцикловую усталость методики рентгеновских исследований изломов и оценки повредаемости посредством интегрального физического уширения рентгеновских дифракционных линий. Методики разработаны в период с 1985 eo 1991 год в соответствии с договором меду ЦНИИ "Буревестник" и Нижегородским педагогическим университетом по теме "Разработка методики оценки долговечности образцов при малом числе циклов нагружения на основании рентгеновских измерений". Получены эмпирические зависимости метвду величиной пластической деформации на поверхности излома и интегральным физическим уширением дифракционных линий.

Разработаны и опробованы два принципиально новых способа оценки долговечности для изделий из высокопрочных сталей и алюминиевых сплавов. Получены соответствующие авторские сввдетельства. Проведены ходовые испытания датчиков с рентгенографическим контролем на судах на подводных крыльях типа "Восход", "Метеор", "Циклон".

Достоверность результатов. Достоверность полученных экспериментальных результатов подтверждается большим объемом исследований, позволяющим провести статистический анализ,! практическими испытаниями, сравнением с теоретическими и экспериментальными исследованиями других авторов.

На защиту выносятся:

I. Способы оценки усталости металлических образцов и элементов конструкций, базирующиеся на использовании интегрального физического уширения рентгеновских дифракционных максимумов для статистического оценивания количественных показателей долговечности. " 5

2. Новые результаты, показывающие наличие функциональной зависимости меаду характеристиками рентгеновских дифракционных мак-

о

симумов и пластической деформацией при статическом и циклшеском нагружении сталей 35ХНШ, 25ХНЗМ, 38ХНЭША и алюминиевых сплавов АМГ-61, Д16.

3. Ноше результаты, показывающие особенности накопления деформаций в поверхностном мое и основным объемом материала для алюминиевых сплавов АМГ-61, Д16 и технически чисуых алюминия и никеля.

Диссертация выполнена в соответствии с координационным планом Общесоюзной научно-технической программы "Надежность" на 1987-1990 гг. (задание П01.Н6А), утверзденной ПФТ СССР и Президиума Академии наук СССР.

Апробация работы. Основные резу;;ьтагы работы доложены и обсуждены на:

- I к П Всесоюзных конференциях "Прикладная рентгенография металлов" (Ленинград, 1986г., 1990г.);

- научно-технических конференциях "Совершенствование эксплу атации и ремогаа "корпусов судов" (Калининград, 1986г.}; "Созре-ыенные достижения в теории и технологии пластической деформации металлов, термообработке и в повышении долговечности изделий" (Горький, 1989г.), "Эксплуатационная и конструктивная прочность судовых конструкций" (Горький, 1988г.);

- Ш Всесоюзной конференции "Современные проблемы строительной механики и прочности летательных аппаратов (Казань, 1988г.)

- Объединенном заседании трех Постоянных всесоюзных секта-ров: "Дифракционные методы исследования искаженных структур", "Актуальные проблемы прочности" и "Физико-технологические

6

проблемы поверхности материалов" (Череповец, 1988г.);

- зональной научной конференции "Структура и свойства материалов" (Новокузнецк, 1988г.),

а такие на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Нижегородского педагогического университета 1986-1993 гг..

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 16 работ. Основное содержание диссертации отражено в работах [i - 8] .

Структура и объем -работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Печатный текст занимает 205 стр., список литературы (252 наименования) 29 стр., 68 рисунков, 36 таблиц, приложение занимает 2 страницы.

' КРАТКОЕ 00ДЕШЛНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность теш исследования, сформулирована цель работы, указано, что нового вносится данной работой в исследуемую проблему.

В первой главе анализируются современные представления о процессах разрушения и деформации металлов и сплаЕов в условиях действия переменного напряжения. Показано, что использование пластической деформации за цикл нагружения в 'качестве измерителя -повреждений от усталости, принятое в критерии Кофеина, отражает

АЕр N9,5 = С , (D

вде ДЕр _ заданная пластическая деформация за цикл, С - константа разрушения, N - число циклов нагружения. природу усталости. В работах В.С.Ивановой и других исследователей

значение пластической деформации за цикл как текущего поврезде,-ния подтверждено анализом дислокационной структуры реальных металлов и ее кинетики при циклическом нагружении. Циклическая пластическая деформация является существенным признаком перемещения дислокаций.

Взаимосвязь процессов разрушения и деформации была показан^ в работах С.Н.Куркова, A.B.Степанова, В.А.1ихачева, И.Е.Курова, С.В.Серенсена, В.Г.Трощенко, В.М.Финкеля, П.А.Павлова, В.И.Вла-диг»:ирова, В.В.Рыбина, В.А.Скуднова, В.М.Волкова и др.

Между тем, практическое применение уравнения (I) для описания усталости элементов конструкций затруднительно по следующим соображениям. Во-первых, при существующих методах определения пластической деформации ее вьделение из суммарной очень сложно. Во-вторых, как было показано рядом, исследователей, общей картиной циклического нагружения является такая, при которой все параметры пластического гистерезиса изменяются. В-третьих, в металлах с ОЩ и ГЩ кристаллическими решетками наблюдается необратимость пластической деформации, которая обусловлена накоплением плотности дислокаций и при разрушении достигает критического значения. Величина критической плотности дислокаций связана с типом дислокационной структуры, важной особенностью которой явля ется неоднородность, которая может проявляться в углах наклона кривой усталости. Таким образом, с точки зрения тонкой структуры усталостное разрушение имеет ярко выраженный статистический характер.

Повышение числа дефектов в процессе нагружения приводит к коллективным эффектам в ансамбле дефектов и, как следствие, к неоднородной пластической деформации. Поэтому явление 8

усталостного разрушения характеризуется вполне определенными структурными изменениями. Структурный анализ позволяет отвлечься от таких факторов, влияющих на сопротивление усталости, как: вид и условия нагружения, напряженное состояние, асимметрия цикла нагрукения и т.п.

Одним из основных методов изучения структурных изменений металлов и сплавов в процессе нагрувения является рентгенографический. Он широко используется в лабораторной практике и производственных условиях. По Kulmann-Wilsdorf 0, и М.А.Кривоглазу, по-анализу профиля рентгеновской дифрактометрической кривой можно' количественно определить плотность дислокаций. Последние исследования А.Н.Иванова и др. указывают на удовлетворительное соответствие количественных значений плотности дислокаций, определенной рентгенографически и просвечивающей электронной микроскопии.

Известно, что плотность дислокаций возрастает пропорционально полной плаетической деформации. Тогда <j учетом экспериментальных результатов японских исследователей VagumaZ., HirotaJ ., Tanalca К., получивших эмпирическую зависимость

|;=WgEp + C , (2)

где Во,Ь - начальная и текущая полуширина дифракционной линии, Ер - эквивалентная пластическая деформация,

А,С - экспериментально определяемые постоянные, можно утверждать, что рентгеновский метод представляет особый интерес для оценки долговечности, т.к. позволяет определять величину накопленной пластической деформации, скрытой в постоянной С уравнения Коффина (Г).

К числу других основных причин его перспективности можно отнести следующие: мягкое рентгеновское излучение позволяет исследовать тонкий поверхностный слой толщиной от нескольких микрон (метод скользящего пучка) до I * 3 диаметров зерна (при фокусировке по Бреггу - Брентано ) - так называемый поверхностный слой. Глубину проникновения рентгеновских лучей в материал можно значительно увеличить и следить за накоплением пластической деформации в основной массе материала; рентгенография относится к неразруша-ющему контролю и может быть использована для индивидуального прогноза; измерения можно проводить как в локальных объемах, так и в макрообъемах посредством изменения облучаемой площади; рентгенографические параметры отражают статистический характер пластической деформации.

С учетом анализа литературных данных и поставленной цели основные задачи исследования заключались в следующем:

1) сформулировать инженерный метод оценки усталости металлов на основе анализа формы рентгенова'.их дифракционных максимумов. Провести статистическое оценивание долговечности.

2) в контролируемая условиях показать функциональную связь характристик интерферационных линий с макродеформацией при статическом и циклическом нагружениях. Определить характеристику разброса усталостной долговечности.

3) определить характеристики асимметрии рентгеновских дифракционных максимумов при статическом и циклическом нагружениях технически чистых алюминия и никеля.

4) разработать способ оценки долговечности с помощью струк-турно-чувствит^льного датчика, изготовленного из алюминиевой фольги технической чистоты.

10

5) проверить чувствительность датчиков для реальных уровней нагруженности элементов конструкций судов на подводных крыльях «Ж).

Решение этих задач и составляет основное содержание работы.

Вр второй главе приведены основные физико-химические характеристики материалов исследования, выбор которых определялся их широким использованием в элементах конструкций изделий машиностроения и судостроения, в узлах, подверженных усталостному наг-рузенга.

Исследования долговечности и деформации при усталости металлов и сплавов проводились при малоцикловом жестком натружении на корсетных образцах Коффина; при многоцикловом нагружении - на плоских образцах. Геометрические характеристики используемых образцов выбирались в соответствии с рекомендациями ГОСТ 1497-84 "Металлы. Методы испытаний на растяжение", ГОСТ 25.502-79 "Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость". Образцы для статических испытаний с целью тарировки характеристик рентгеновских дифракционных максимумов по остаточной пластической деформации изготовлялись в виде клина. Все механические испытания проводились на разрывных машинах МУП-20Пу и УРС-50/50.

Исследуемые материалы подвергались термической обработке. Образцы, изготовленные из термоулучшаемых сталей 35ХН1М, Э5ЖЗМ, 38ХН2МФА перед механическими испытаниями термически обрабатывались по следующим режимам:

- сталь 35ХНШ: а) закалка при температура 880° С. Ввдерзка 4 часа. Охладденне в масла.

0

б) отпуск при температура 620 С. Выдержка 6 часов, ^

- сталь 38ХНЭМФА: а) закалка при температуре 850" С. Выдержка

4 часа. Охлаздение в масле, б) отпуск при температуре 6409С. Ввдержка . 6 часов,

- сталь 35XH3M; а) закалка при температуре 850 С. Вццерака

4 часа, отпуск I 6 часов.

g

б) отпуск при температуре 600 С. Ецдержка

я

металлические фольги отжигали в вакууме 1хЮ мм.рт.ст. в тече-

0 о

кие 60 минут. Алюмкн1й при 300 С, никель при 800 С.

В качестве структурно-чувствительных элементов, выполняющих функциональную роль приемника накопленной пластической деформации, были выбраны алюминиевые и никелевые фольги технической чистоты. Проводились механические испытания и структурные исследования методом сеток, а также рентгенографией с целью определения технологии способов крепления фольг. Оценки результатов позволили сделать швод о возможности крепления по технологии установки тензорезисторев и прижима с помощью струбцины.

Рентгенографические измерения проводились на дифрактометрах ДР0Н-2.0 и ДРОН-З с фокусировкой по Брёггу - Ерентано. Постоянство результатов рентгеко-дифрактоыетркческих исследований обеспечивалось проверкой юстировки аппарата перед каздой серией измерений. Выбор мягкого рентгеновского излучения определялся особенностями накопления пластической деформации на поверхности образцов при усталостном нагрукении, природой материала и его структуры. Толщина слоя материала, участвующего в дифракции, вычислялась как утроенная величина слоя половинного поглощения падающего излучен:ш в соответствии с рекомендациями НГ.М 3-1434-80. 12

При оценке величин пластических деформаций в поверхностных слоях изломов разрушенных образцов использовался метод рентгеновской фрактографии. Исследование структурных изменений материалов вблизи поверхности изломов, с учетом франтографических особенностей их строения, полученных при статическом и усталостном нагрувениях, позволили оценить пластические деформации из анализа формы рентгеновских дифракционных максимумов.

Определение рентгеновских характеристик тонкой структуры и параметров профиля дифракционных кривых проводились аналитическим методом параболического приближения. В качестве основных параметров использовались ширины дифракционного профиля по Шерреру и по Лауэ. Обработка данных осуществлялась на ыикро-ЗВМ "йскра-1256".

3 исследованиях работы, направленных на практическое применение дифракции рентгеновских лучей, обращено внимание на то, что несмотря на чистоту рентгеновских экспериментов, исключающих появление асимметрии дифракционного профиля за счет отклонение поверхности образца от оси гониометра и при разделении Ка„ Cz-дублета, уширенные дифракционные максимумы асимметричны. Причина асимметричного уширения - возникновение тетрагональных искажений кристаллографической кубической решетки, вызванных остаточными упругими внутренними напряжениями. Зги искажения шзывззт расщепление дифракционных брэгговских углов. -Оценка асимметрии проводилась в соответствии с рекомендациями работ Mug.nrabiН ., Ungar Т., Wilkens М. для алвминиепгс и шжелевьгх фольг.

Оценка погрешности результатов измерения рентгеновских параметров осуществлялась э соответствии с требованиями ГОСТ 8.009-72 точность составляла 5Й от среднего квадратичного отклонения. Вся обработка статистических данных проводилась на ыик^о-сБИ

"Искра-1256". ~

В третьей главе изложены результаты рентгенографических и механических исследований накопления пластической деформации металлов и сплавов при одноосном нагружении в условиях статического, малоциклового и многоциклового нагружения в диапазоне нормальных температур.

Теоретически обоснована взаимосвязь между интегральным физическим уширением и остаточной пластической деформацией для ОЦК и ГЦК поликристаллов. Результаты испытаний клиноввдных образцов на растяжение дали возможность выбрать и обосновать зависимость

^=ЫдЕр+С , (3)

где jbo.jb - начальная и текущая ширина Лауэ дифракционного максимума,

Ер - накопленная пластическая деформация,

В,С - экспериментально определенные постоянные.

Функциональная зависимость (3) близка к эмпирической (2), связывающей ширину Шеррера с эквивалентной пластической деформацией, полученной Танака К. на чугунах. Результаты регрессионного анализа уравнения (3) показали, что ншрина Лауэ дифракционных линий (НО), (211) для сталей и линий (311), (400) алюминиевых сплавов может быть использована для независимой оценки накопленной пластической деформации при циклическом нагружении.

Особый интерес представляет возможность рентгенографии как метода решения задачи определения константы разрушения Коффина "С" в уравнении (I). Детерменистическое число циклов до разрушения, определяемое уравнением Коффина, удовлетворяет и случаю статического разрыва при N» 0,25, т.е.

Г-1 !п 1 -е*

где ф - сужение з шейке при разрыве,

2к - местная наибольшая деформация в шейке. .

- Установленные аппроксимирующие функции интегрального физического уширения от относительной деформации ввда (2) и построенные графические зависимости взаимосвязи между ними позволяют определить константу "С" для исследуемых материалов в случае малоциклового нагружения. При повторно-статическом нагружении, характеризующимся ростом односторонне накапливающихся деформаций до предельной при статическом нагружении, их величины, определенные по интегральному физическому уширению, в пределах ошибки эксперимента, соответствуют значениям деформаций, измеренных методом сеток.

При жестком нагружении корсетных образцов из-сталей 35ХНЫ, 25ХНЗМ, Э8ХНЗЙА, когда разрушающее число циклов составляло ~ -1000, пластическая деформация, оцененная по графическим зависимо стям, в поверхностных слоях изломов коррелирует с величиной предельной деформации (ЕО.

Процессы накопления усталостных повреждений носят случайный характер. Для изучения случайных отклонений долговечности проводилась статистическая обработка неоднородности пластических деформаций при испытаниях термэулучшаемых сталей методом сеток.

За характеристику естественного разброса малоцикловой прочности, согласно модели З.П.Стрельникова, принималось соотношение средних пластических деформаций ( Ё.) к стандартному отклонению ((X ), которые связаны функциональными отношениями с интегральным физическим уширением. Число циклов до разбиения (Ы ) в

зависимости от вероятности неразрушения Н. можно оценить из соотношения

Ы = СодЕр2ехр(-и«х-|.) , (4)

где д Ер - пластическая деформация за цикл, Со- константа разрушения,

и»- £ %-кая квантиль нормального распределения,

Ё = Н£) , сг-ф(^)

_Р>- интегральное физическое уширение.

Выражения (3,4) и зависимость (2) позволяют решать задачу оценки малоцикловой долговечности любой детали в первом приближении. В случае более высокого приближения следует константу "С" и показатель степени при величине деформации определять дополнительными механическими испытаниями.

Практический интерес представляет возможность рентгенографического контроля при многоцикловой усталости..Проведенные исследования' на алюминиевых сплавах, испытанных на базе Ю® циклов, выявили три стадии изменения ширины Лауэ интерференционных линий. Если дифракционная картина формируется из приповерхностных слоев, то до долговечностей, составляющих 20^ от разрушающего числа циклов, наблодается быстрый рост рентгеновского параметра, затем следует интервал, когда параметр слабо меняется до 90% до л го вечности, и последующий рост вплоть до разрушения.

Изменение глубины слоя, формирующего дифракционную картину, до 265 мкм ведет к монотонной зависимости ширины Лауэ от числа циклов нагрукения.

В четвертой главе изложены результаты экспериментальной проверки зависимости между долговечностью и параметрами рентгеновских дифракционных максимумов алюминиевых и никелевых фольг.

Перед механическими испытаниями и рентгенографированиеы пластины из фольг устанавливались на поверхность образцэв из сплава АЫГ-61 по двум технологиям:

I - приклеивались клеем "Циакрин-201";

П - прикимались струбциной. Для дифракционных линий (III) и (200) зависимость ширины Яауэ от текущего числа циклов подобна зависимости, наблюдаемой для алю-миниешх сплавов.

Наличие плато в интервале числа циклов 0,2 Мр<М i 0,9 Np может служить в качестве критерия усталостного повреждения и, в зависимости от роли контролируемого узла в конструкции, степени статической неопределенности, свойств материала, условий эксплуатации, может иметь самостоятельное значение.

Увеличение толщины слоя материала, формирующего дифракционную картину, до 60 мкы, что составляет половину толщины фольги из алюминия, позволило получить монотонную возрастающую зависимость ширины Лауэ от приведенного числа циклов нагруження.

Проведенное нами комплексное структурно-механическое исследование позволяет сделать вывод о перспективности рентгенодиф-рактометрического метода как метода неразрушащего контроля. Установленный факт наличия трех стадийной кривой при много цикловом нагрузении определил направление дальнейшего исследования, с целью поиска другого параметра рентгеновской дифрактоыетрической кривой, монотонно изменяющегося в процессе циклического нагрузе-ния вблизи предела усталости.

3 сеязи с этим в работе проводился анализ асимметрии дифракционных профилей близких линий алюминиевых и никелевых фольг. В качестве параметра, характеризующего асимметрию, выбирались

отношения интегральных интенсивно стей "субпика" - к интегральной интенсивности основного пика - В случае одноосного растяжения основное качественное сходство можно определить следующим образом: величина асимметрии с увеличением величины пластической деформации растет; для параметра асимметрии выполняется 1с/ 1

неравенство ' асимметрия наклеенных фоль г выше, чем у

фоль г, прижатых струбциной.

В результате экспериментальных исследований было установлено , что вблизи предела усталости изменение ширины Лауэ коррелирует с новообразованный параметром асимметрии, для которого также характерна по стадийная зависимость "от числа циклов нагружения.

Таким образом, циклическое нагружение влияет на все вышеперечисленные характеристики рентгеновских дифракционных максимумов. Изменение соответствующих величин значительно и зависит от циклической истории нагружения, толщины слоя материала, формирующего дифракционную картину. Испытания, выполненные на алюминиевых фольгах, позволили использовать их в качестве структурно-чувствительных датчиков для оценки долговечности элементов конструкций.

В пятой главе рассмотрены вопросы практического использования алюминиевой фольги в качестве датчика для оценки повреждаемости корпусных конструкций судов на подводных крыльях <СШ).

Набор корпусов испытываемых суцов выполнен из алюминиевых сплавов АЫГ-61 и Д16. В качестве основного метода крепления применялась технология крепления прижатия алюминиевой фольги с помощью струбцины. Анализ экспериментальных результатов показал, интегральное физическое уширение дифракционной линии (400) чувствительно к спектру нагрузок, испытываемых судами на подводных 15

крыльях типа "Восход-£>2", "Восход-24", "Метеор-201", "Циклон".

Для расчета на усталостную долговечность судовых конструкций по результатам показаний датчиков была выбрана модель накопления пластических деформаций В.П.Стрельникова. В качестве характеристик распределения долговечности использовались среднее значение и дисперсия пипины Лауэ дифракционной линии (400). При

„2

расчетах в качестве аргумента для вычислен/л параметров а и о в выразении для плотности вероятности усталостной долговечности

(1-дЦ)2

2<?н

(5)

где а = Еср(Ы )~Х Екр'1; а=0.,(МЕсрхЕф)Л ;

Еср ,0 - среднее и дисперсия микродефэрмаций, соответствующие моменту N циклов наработки;

Екр- критическая деформация, определенная по результатам статических испытаний лабораторных' образцов, принималась известная зависимость меэду шириной Лауэ (]Ь ) и пластической деформацией (Дж.Гилман, М. А < Кривоглаз и др.) вада

Е~К£г , (6)

здесь к - константа.

По

результатам рентгенографических измерений, полученных с датчиков, снятых после 4 месяцев эксплуатации с т/х "Восход-02", прогнозная оценка медианной долговечности составила 50 месяцев эксплуатации. С вероятностью 50% ресурс набора корпуса с;,-цна до появления трещины составляет В.33 навигаций. Необходимо отметить, что через определенные промежутки эксплуатации СПК с датчика-.:;: долговечность может последовательно уточняться. Проведенные исследования показали, что подобные оценки могут быть получены

для СПК типа "Восход-24", "Метеор-201", "Циклон".

В заключении приводятся основные выводы по работе.

1. Решена частная научно-техническая задача инженерного применения дифракции рентгеновских лучей, позволяющая оценивать долговечность при малоцикловом и многоцикловом нагружении металлических материалов и некоторых элементов конструкций судов на подводных крыльях (СПК). Определены основные направления практического использования рентгенографии в статистическом оценивании количественных показателей надежности.

2. Впервые установлены характерные особенности асимметричного уширения рентгеновских дифракционных максимумов при статическом и циклическом нагружении алюминиевых и никелевых фольг, предварительно укрепленных на образцах из алюминиевого сплава АЫГ-61. Получены новые экспериментальные результаты, отражающие связь асимметрии с шириной Лауэ и долговечностью. Получено соответствующее авторское свидетельство.

3. Разработан и создан новый способ оценки долговечности с помощью структурно-чувствительного датчика, изготовленного из алюминиевой фольги технической чистоты, закрепляемой струбциной на реальных конструкциях, контролируемым параметром которого служит ширина Лауэ линии (400). Проверена чувствительность датчиков для реальных уровней нагруженности СПК "Восход-02", "Восход-24", "Метеор-201", "Циклон". Проведена статистическая оценка долговечности т/х "Восход-02".

4. Разработана методика оценки усталости образцов и элементов конструкций, основанная на использовании рентгенографии с учетом особенностей накопления повреждений в поверхностных слоях исследуемых материалов. Показано, что в процессе циклического

сформирования алюминиевых сплавов АМГ-61, Д16, алюминиевых и Киселевых фольг, накопление повреждений быстро увеличивается на ранних стадиях и сохраняет практически постоянную величину до 90% юлговечности. В то же время в основном объеме материала она возрастает плавко в течении всего периода испытаний.

5. Получены новые результаты по оценке величины пластической деформации в поверхностных слоях изломов корсетных образцов яз сталей 35ХНШ, 35XH3J, 38ЖЩА, разрушенных при испытаниях да малоцикловую усталость в жестком режиме посредством количественной рентгеновской фрактографии. Экспериментально показана, связь между распределением интегрального физического уширения в поверхностных слоях изломов и размерами пластической зоны.

6. Установлены количественные характеристики зависимости интегрального физического уширения от макрсдеформации для образцов из высокопрочных сталей 35XH3M, 35XHJM, 38XH3M8A, Ст.З и алюминиевых сплавов АМГ-61, Д16, Значение ширины Лауэ выбрано в качестве параметра, определяющего характеристику естественного разброса усталостной прочности. Псказана связь сирины Лауэ с долговечностью. Получено соответствующее авторское свадетельствэ.

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях.

■ I. Куров И.Е., Гуревич М.И., Гришин В.А., Циферблат Л.З. Алгоритм прогноза долговечности реальных конструкций на основе рентгеновских дифрактометрическюс измерений' // Прикладная рентгенография металлов, Л., 25-27 ноября IS86. 0.Э9.

2. Гришин В.А., Циферблат Л.5, Использование рентгеновской дифрагтометрии в качества неразрупающего метода контроля // Физические оснобы прочности и пластичности/ Мезвуз.сб., Н.Новгород.

НГПИ га:.Горького. 1990. C.9I-96.

3. Куров И.Е., Гуревич М.И., Циферблат Л.ф., Гришин В.А. Использование характеристик рентгеновских дифракционных максимумов для оценки долговечности элементов конструкций // Ш Всесоюзная конференция "Современные проблемы строительной механики и прочности летательных аппаратов": Тезисы докладов. Казань. 1388. 20-22 октября. С.82.

4. Куров И.Е., Гуревич М.И., Гришин В.А. Использование структурно-чувствительных датчиков с рентгенографическим контролем для прогноза долговечности реальных конструкций // Современные достижения в теории и технологии пластической деформации

• металлов, термообработке и в повышении долговечности изделий: Тезисы докладов 1У-й научно-технической конференции. Горький. 19-20 октября 1989. С.70.

5. Куров И.Е., Гуревич М.И., Гришин В.А. Определение ресурса материалов рентгенографическим методом // Прикладная рентгенография металлов: Тезисы докладов П Всесоюзной конференции. 1.. 18-20 декабря 1990. С.101.

6. А. С. СССР, кКИ3 d Ol Kl 23/20 -I7I8068 - Способ определения ресурса материалов / Куров И.Е., Гуревич М.И., Гришин В.А.// Открытия. Изобретения. Товарные знаки. - 1992г.

7. Гришин В.А. Асимметричное уширение рентгеновских дифракционных пиков поликристаллического алюминия, деформированного циклически // Физические основы прочности и пластичности / Меж вуз. сб. Н.Новгород. НГПИ иы.Горького. 1990. С. 125-130.

8. A.C.СССР. MKl£ d 0IM 23/20-1602178 - Способ определения долговечности образцов / Куров И.Е. t Гршин В.А., Гуревич М.И. t

Циферблат l.S., Перельман B.C., Дубинсхая М JL.// Открытия. Изобретения. Товарные знаки - 1990г.

одл. к лоч. 31.10.Формат бОхЗ^/К. Бумага газетная. Печать фсетная. Уч.-яэд.л. 1,0. Тирах 80 экз. Заказ 22?. Бесплатно.

абораторая офсетной печати полиграфической базы НГТУ. 03022, Н.Новгород, пр. Гагарина, I.