Спосіб моделювання деградації конструкційних матеріалів в об’єктах довготривалої експлуатації

Реферат: Спосіб моделювання деградації конструкційних матеріалів в об'єктах довготривалої експлуатації, при якому у випробувальному зразку матеріалу створюють циклічні напруження і визначають зміни механічних параметрів матеріалу. UA 69091 U (12) UA 69091 U UA 69091 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до методів механічних випробувань конструкційних матеріалів, який може бути використаний з метою моделювання структурно-механічних змін в матеріалі, ідентичних спостережуваним під час його довготривалої експлуатації. Відомий спосіб моделювання експлуатаційної деградації конструкційних матеріалів, який полягає в відборі зразків матеріалів з експлуатованої тривалий час конструкції, виготовленні шліфів випробувальних зразків для аналізу змін структури і механічних властивостей матеріалу в процесі довготривалої експлуатації [1]. Недоліком відомого способу є випадковий характер ступеня деградації в відібраних зразках експлуатованого матеріалу, що не дозволяє отримати зразки у всьому діапазоні деградаційних змін матеріалу. Крім того, відомий спосіб вимагає руйнування конструкції. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є спосіб випробування матеріалів, який полягає у виготовленні випробувальних зразків із досліджуваного матеріалу, які піддають дії циклічних навантажень за одночасної дії рідкого середовища і елементів тертя [2]. Недоліком відомого способу є неможливість за його використання для моделювання деградаційних змін в матеріалі, який тривалий час експлуатується за умов захисту його від дії рідкого середовища і в умовах відсутності тертя. Це стосується, зокрема, умов експлуатації авіаційних алюмінієвих сплавів в обшивці планера літака. Від впливу дії рідкого корозійного середовища ці матеріли захищаються плакуванням. Задачею запропонованого способу є забезпечення можливості моделювання різного ступеня деградації плакованих алюмінієвих сплавів під час їх довготривалої експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що для моделювання деградації конструкційних матеріалів в об'єктах довготривалої експлуатації у випробувальному зразку матеріалу створюють циклічні напруження і визначають зміни механічних параметрів матеріалу. При цьому використовують гладкі без концентраторів напруження випробувальні зразки із матеріалу об'єкту довготривалої експлуатації у вихідному стані. Циклічні напруження під час випробувань вибирають меншими за границю витривалості гладких зразків. Крім того, додаткового діють на випробувальні зразки температурою, яка перевищує температуру початку розпаду пересичених твердих розчинів. При цьому, температуру нагріву можна вибирати постійною, а різний ступінь деградації формувати вибором кількості циклів навантаження. В іншому варіанті реалізації способу кількість циклів навантаження можна вибрати постійною, а різний ступінь деградації формувати вибором температури нагріву. Як механічні параметри, що характеризують деградаційні зміни матеріалу, можна вибирати характеристики циклічної тріщиностійкості. Для моделювання деградації алюмінієвих термічно зміцнюваних сплавів циклічні напруження вибирають рівними від 60 до 100 МПа, температуру випробувань вибирають від 4 5 100 °С до 200 °С, а кількість циклів навантаження від 5∙10 до 5∙10 . На фіг. 1 представлена схема модельної деградації для сплаву типу Д16 при навантаженні 5 N=10 циклів з напруженням Δσном=80 МПА за одночасного нагріву до Т=190 °С На фіг. 2 представлено залежність ефективного порогу втоми ΔKtheff для алюмінієвого сплаву Д16чТ, деградованого циклічними напруженнями Δσном=80 МПА за температури 190 °С при різній кількості циклів навантаження N. Розглянемо приклад реалізації запропонованого способу для моделювання деградації алюмінієвих авіаційних сплавів типу Д16, які використовують, зокрема, в авіаційних конструкціях. Будемо розглядати випадок, коли ступінь деградації регулюють кількістю циклів навантаження, а в якості параметра циклічної тріщиностійкості, що характеризує досягнуту ступінь деградації цього сплаву, вибраний ефективний поріг втоми ΔKtheff. Із сплаву Д16чТ виготовляють комплект гладких зразків для циклічних навантажень на випробувальній машині. Циклічні напруження під час випробувань вибирають меншими за границю витривалості гладких зразків, що виключає можливість зародження і розвитку під час випробувань втомних тріщин [3]. В нашому випадку для зразків із сплаву Д16чТ циклічні випробування проводили за напруження Δσном=80 МПА (фіг. 1).Одночасно зразки нагрівають по схемі на фіг. 1 до температури 190 °С. Ця температура є вищою за температуру розпаду твердого розчину. Для сплаву Д16чТ температура розпаду твердого розчину корелює із рекомендованою для термообробки даного сплаву температурою штучного старіння, яка може бути вибрана із довідкових посібників, наприклад [4]. Кількість циклів навантаження N для різних 4 5 5 зразків вибирають від 5∙10 до 5∙10 . На фіг. 1 показано випадок, коли зразок піддають N=10 циклів навантаження. Далі із деградованих зразків виготовляють зразки з концентратором напруження і піддають їх циклічним випробуванням для визначення характеристик циклічної тріщиностійкості за 1 UA 69091 U 5 10 15 20 стандартними методиками. Одною із характеристик матеріалу, яка чутлива до ступеня його деградації, є ефективний поріг втоми ΔKtheff. На фіг. 2 представлена залежність ефективного порогу втоми ΔKtheff від кількості циклів N для зразків із сплаву Д16, що були піддані навантаженню Δσном=80 МПА за одночасного нагріву 190°С, яка підтверджує можливість отримання матеріалу з різним ступенем деградації матеріалу за запропонованою процедурою. Запропонований спосіб є важливий, зокрема, для моделювання експлуатаційної деградації авіаційних матеріалів. Це необхідно для дослідження зміни різних механічних параметрів під час довготривалої експлуатації, вибору методів зменшення швидкості деградації матеріалів і забезпечення технологічних методів збільшення ресурсу літаків, а також для розробки процедур моніторингу деградаційних змін матеріалів з метою забезпечення безпечної експлуатації конструкцій. Джерела інформації: 1. Нестеренко Г.И., Басов В.Н., Нестеренко Б.Г., Петрусенко В.Г. Влияние длительной эксплуатации самолетов на свойства материалов и конструкций // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2006. - № 4. - С. 41-50. 2. Способ испытания материалов на усталость: А.с. 954859 СССР, МКИ G01N 3/56. / В.И. Похмурский, О.С. Калахан, В.Н. Учанин, Н.Я. Яремченко (СССР). - № 3221785/25-28; Заявлено 24.12.80; Опубл. 30.08.82, Бюл. № 32. - 2 с. 3. Кишкина С.И. Сопротивление разрушению алюминиевых сплавов. - М: Металлургия, 1981. - 280 с. 4. Гуляев А.П. Металловедение, 4-е переработанное издание. - М.: Оборонгиз, 1963. - 462 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Спосіб моделювання деградації конструкційних матеріалів в об'єктах довготривалої експлуатації, при якому у випробувальному зразку матеріалу створюють циклічні напруження і визначають зміни механічних параметрів матеріалу, який відрізняється тим, що використовують гладкі, без концентраторів напруження, випробувальні зразки із матеріалу об'єкта довготривалої експлуатації у вихідному стані, циклічні напруження під час випробувань вибирають меншими за границю витривалості гладких зразків і додатково діють на випробувальні зразки температурою, яка перевищує температуру початку розпаду пересичених твердих розчинів. 2. Спосіб за п. 1, при якому температуру нагріву вибирають постійною, а різний ступінь деградації формують вибором кількості циклів навантаження. 3. Спосіб за п. 1, при якому кількість циклів навантаження вибирають постійною, а різний ступінь деградації формують вибором температури нагріву. 4. Спосіб за п. 1, при якому як механічні параметри, що характеризують деградаційні зміни матеріалу, вибирають характеристики циклічної тріщиностійкості. 5. Спосіб за п. 1, при якому для моделювання деградації алюмінієвих термічно зміцнюваних сплавів циклічні напруження вибирають рівними від 60 до 100 МПа, температуру випробувань 4 5 вибирають від 100 °С до 200 °С, а кількість циклів навантаження - від 5∙10 до 5∙10 . 2 UA 69091 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3