Спосіб визначення в’язкості руйнування к1с пластичних сталей при нормальних умовах

Спосіб визначення в'язкості руйнування Кю пластичних сталей при нормальних умовах по границі текучості сталей і в'язкості руйнування Кю при низькій температурі, який відрізняється тим, що по границі текучості пластичних сталей визначають низьку температуру Т0=Т і вязкість руинуEa/(1-2v) вання Кю при цій температурі, а потім перераховують Кю для нормальних умов за формулою Кю = Винахід відноситься до області механічних ІСПИТІВ, а саме, до ІСПИТІВ пластичних сталей на в'яз кість руйнування Кю при нормальних умовах Іспит її, як правило, проваляться за ГОСТом 25506-85 [1] і розміри зразків повинні задовольняти обмеженням L,b-l,t>2,5(K1c/ao2)2, (1) де І - довжина тріщини, b-І - розмір неушкодженого перетину, t - товщина зразка Тут інтерес представляють габарити зразків, що залежать від співвідношення Кю/сго2 Оскільки сталі і високою пластичність мають порівняно низьку границю текучості (сто 2) і високу в'язкість руйнування (Кю), то для достовірного визначення Кю вимагаються зразки великих розмірів, що ІНОДІ перевершують по товщині реальні елементи конструкцій, що істотно утрудняє або унеможливлює проведення ІСПИТІВ ВІДОМІ способи визначення в'язкості руйнування Кю через пружно-пластичні характеристики тріщиностійкості граничне значення J-інтеграла J-ic [1, 2] і розкриття вершини тріщини сг-іс [1, 3], для визначення яких застосовуються зразки зменшених розмірів Такі приклади мають місце і можуть служити аналогами передбачуваному способу Властивий їм недолік полягає у наступному Визначивши характеристики тріщиностійкості Jic і сг-іс на малогабаритних зразках, виникає необхідність перерахування їх на Кю за формулами лінійної механіки руйнування [4] (2) К 1С (3) Тут Е, v - пружні ПОСТІЙНІ, rrik - коефіцієнт обмеження на пластичність У результаті виявляється, що ці формули несправедливі, оскільки на фронті тріщини не були реалізовані умови маломасштабної текучості, настільки необхідні для застосування коефіцієнта інтенсивності напружень Кю До того ж і розрахункові значення в'язкості руйнування, отримані за приведеними формулами, можуть перевищувати ІСТИННІ значення в кілька разів [5] Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб визначення Кю через структурномеханічні характеристики матеріалу [6], прототип, ВІДПОВІДНО до якого на зразку з тріщиною визначають значення Кю при кріогенних температурах (рідкий азот, гелій), при яких звичайні конструкційні матеріали досить сильно окрихчуються і внаслідок чого розміри зразків істотно зменшуються При цій температурі на гладких зразках визначають механічні характеристики пружні ПОСТІЙНІ Е, V, границю текучості на зсув хт, відносне звуження Ч* і за формулою 2 1 1 K1c=JPTTE(1-v )- ln(1-4r (4) (О ^ о (О 60464 ли на корпусних сталях А 533 [9], 15Х2МФА [7], для яких ВІДОМІ температурні залежності в'язкості руйнування При розрахунках покладалося 5 md 6 1 Е=2,1 10 МРа, v=0,3, m k =2,2, a=10,5 10 град Для сталі А 533 в'язкість руйнування при Ті=293К (Фіг1) розраховувалася по границі текуОднак для деяких пластичних сталей, коли чості а02(Ті)=350МРа Тоді відносне звуження Ч* у широкому діапазоні темпе(2,2-1) 350 ратур практично постійне, а в'язкість руйнування Тп = 293 = 2 9 3 - 7 6 = 217К Кю істотно змінюється, питання про застосовність 2,1 10° 10,5 10"° /(1 - 2 0,3) цього способу відпадає Типовим прикладом моі в'язкість руйнування при цій температурі дожуть служити реакторні сталі, такі як 15Х2МФА, рівнює 62МРа л/м Отже 15Х2НМФА[7] К 1 с (Ті) = 2,2 -62 = 136,4МПа • VM В основу передбачуваного винаходу поставлена задача визначення в'язкості руйнування плаМінімальне експериментальне значення Кю стичних сталей при нормальних умовах за доповідповідає 142МРа л/м Тоді похибка розрахунку могою визначення Кю при низькій температурі, по запропонованому способі буде 4% коли, внаслідок окрихчення матеріалу, розміри Для сталі 15Х2МФА (І) (Фіг 2) границя текучосзразка зменшуються і спрощують процес іспиту на ті при Ті=293К дорівнює аО2(Ті)=584МРа [7]. т о в'язкість руйнування В основу запропонованого розрахункова температура То буде винаходу покладені явища крихко-в'язкого пере(2,2-1)-584 ходу в сталях [5] і розроблений у роботі [8] ПІДХІД То = 293= 293-127 = 166К для його опису за допомогою двопараметричного 2,1-105-10,5-1(Г6 /(1-2-0,3) критерію руйнування Під крихко-в'язким перехоПри цій температурі в'язкість руйнування дом мається на увазі різка зміна в'язкості руйнускладає приблизно 80МРа л/м , а в'язкість руйнування Кю порівняне вузькому температурному вання при Ті буде діапазоні обчислюють структурний параметр р Надалі для визначення Кю при бажаній температурі виу значають тільки Е, v, хт, 4 і розраховують в'язкість руйнування за формулою (4), вважаючи, що структурний параметр р від температури не залежить Виходячи із двопараметричною критерію руйнування в роботі [8] отримана залежність в'язкості руйнування Кю (Т) від температури в області крихко-вязкого переходу К 1 С (Т) = 1 К 1 с (Тр) РСГ-Тр) ' (5) де температура Т належить проміжку [То, Т-і], p=Ea/(1-2v), a - коефіцієнт ЛІНІЙНОГО розширення, mkmcl (То) - коефіцієнт обмеження на пластичність в умовах плоскої деформації при температурі То Причому, температурний діапазон Т-і-То, де має місце залежність (5), обчислюється за формулою Ті-Т„ Р (6) Якщо у виразі (5) за температуру Т взяти температуру Ті при нормальних умовах і зажадати, щоб обмеженості на пластичність при температурах Ті і То були однаковими, тобто mkmcl (То)= mkmcl СП), то з (5) і (6) випливає КюСП^тГ'СГіЖюСГо) (7) Таким чином, поставлена задача по визначенню в'язкості руйнування пластичних сталей при нормальних умовах розв'язується тим, що по границі текучості пластичних сталей визначають низьку температуру то=т. Ea/(1-2v) (8) і в'язкість руйнування Кю при цій температурі, а потім перераховують Кю для нормальних умов за формулою Кю(Ті)=тк т d (Ті)Кю(Т0) Теоретичні дослідження [4, 8] показують, що в умовах плоскої деформації і маломасштабної текучості на фронті тріщини коефіцієнт обмеження пластичних деформацій mkmcl знаходиться у межах 1,9