Obrabotka Metallov 2010 No. 3

¬®¬°¨ ª£°©©¬ ¦«²¬®ª´¦½ ®¬¦¥ ¬¢¯° £««¹§ ¬¹° УДК 620.179.13 ¡ªª¤§¦¡ «©²¡¦§ª«§¢£§ª«¡ ¥«¤¤§ «©¥§©¡°ª£¡¥ ¥«§§¥ Г.А. КУРИЛЕНКО, доктор техн. наук, профессор, ( НГТУ, Новосибирск ) Статья поступила 9 апреля 2010 г. 630092, Новосибирск, пр. К.Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: teormech@ngs.ru Предлагается термографический метод определения характеристик трещиностойкости металлов. Согласно этому методу строится график зависимости растягивающего образец усилия от изменения температуры ∆ Т в кончике нанесенного на образец надреза. Этот график имеет характерный излом, позволяющий точнее и с меньшей трудоемкостью по сравнению со стандартным методом, регламентированным ГОСТом, зафиксировать расчетную нагрузку. Ключевые слова : трещиностойкость, коэффициент интенсивности напряжений (КИН), температура, энтропия. The new thermo graphic method definition of metal′s crack resistance is suggested. The aim of that method is to make a diagram “ P -∆ T ” (P is the effort, stretching the sample and ∆T is the change of temperature at the end of the crack). That diagram by its characteristic bend allows more exactly and efficiently to define the characteristic point. Key words : crack resistance, coefficient of stress intensity, temperature, entropy. Одной из актуальных задач современного ма- шиностроения является корректное определение характеристик трещиностойкости металлов. При стандартных испытаниях на трещиностойкость рас- тягиваются плоские образцы с нанесенными на них надрезами и нарощенными от вершин надрезов уста- лостными трещинами. Строятся диаграммы ” P - V ”, где Р – приложенная сила, V – смещение берегов трещины. Целью этих испытаний является фиксация момента страгивания трещины. Этому моменту соот- ветствует расчетная нагрузка P Q , по которой затем и рассчитываются характеристики трещиностойкости. При хрупком разрушении расчетной нагрузке P Q соответствует или максимум, или локальный мак- симум нагрузки, т.е. момент страгивания трещины удается зафиксировать довольно точно. Диаграммы ” P - V ”, соответствующие упруговязкому или вязкому разрушению, характеризуются отсутствием локаль- ных максимумов нагрузки, что затрудняет фиксацию расчетной нагрузки. Для этой цели рекомендуется следующее построение: проводят 5 %-ю секущую, и расчетная нагрузка P Q определяется как ордината пересечения этой секущей с кривой “ P-V ”. Проведе- нием 5 %-й секущей пытаются отделить геометриче- скую нелинейность, определяющую 2 %-е подраста- ние трещины, после которого, как считают, начинает- ся движение трещины, от физической нелинейности, связанной с развитием интенсивной пластической деформации в кончике трещины. Однако при таком подходе не учитываются особенности поведения ис- пытываемого материала. Целью проведенного исследования было повы- шение точности определения характеристик трещи- ностойкости при упруговязком и вязком разрушении. Исследования проводились на плоских образцах из стали 20 толщиной t = 9 мм (реальная толщина стен- ки магистрального трубопровода) с центральными трещинами нормального отрыва согласно модели I линейной механики разрушения (рис. 1). Размеры образцов были выбраны согласно рекомендациям в [1]. На шести образцах (1-я группа) в соответствии с требованиями, изложенными в [1], перед испыта- ниями от вершины надрезов были наработаны уста- лостные трещины, а на девяти образцах (2-я группа) усталостные трещины были заменены острыми про- пилами. Усталостная трещина создавалась от исхо- дного надреза при коэффициенте асимметрии цикла нагружения R = 0,1. При этом обеспечивалось сле- дующее условие [1]: σ c.o ≤ 0,5σ 0,2 , где σ 0,2 = 250 МПа – условный предел текучести стали 20 (в состоянии поставки), σ с.о – номинальное разру-