Определение работы распространения трещины в соединениях, полученных диффузионной сваркой

Цель работы: освоение энергетических методик экспериментальной оценки сопротивляемости металла и сварных соединений разрушению.

Общие положения.

Для оценки сопротивляемости металла и сварных соединений зарождению и распространению трещин используют разнообразные качественные и количественные характеристики. Среди количественных характеристик достаточно объективными являются энергетические, в которых определяются работа зарождения трещины (КСз) и работа распространения трещины (КСр) Однако эти характеристики в значительной степени зависят от размеров образцов, что связано с наличием зоны пластической деформации у, вершины трещины, которая может быть соизмерима с толщиной образца и на образование которой затрачивается часть энергии. Поэтому, данные показатели могут использоваться только для сравнительных испытаний различных материалов и зон сварных соединений при неизменном типе и размерах образца. Для этой цели часто используют призматические образцы сечения 10*10 и длиной 55 мм. которые испытывают на ударный изгиб.

Метод Л. С- Лившица и А. С. Рахманов

Испытывают серию образцов с надрезом U формы шириной 2 мм и глубиной 2 мм при различных запасах энергии маятника копра, увеличивая энергию удара на каждом последующем образце до полного разрушения. На каждом образце определяют угол загиба и строят зависимость в координатах "угол загиба- поглощенная энергия" (рисунок 6.3). Суммарная работа до появления трещины будет Аз.

Аз = Аупр,+Адеф.

Удельная работа зарождения трещины:

КСз = A / F,

где F - площадь сечения образца.

Ударная вязкость:

КС = Аразр/F,

Удельная работа распространения трещины:

КСр = Ap / F. .

Рисунок 6.3 - Зависимость для определения составляющих работы ударного изгиба

Метод А.П. Гуляева.

Используется серия образцов, имеющих различные радиусы надреза. Определяется полная работа разрушения (A) и строится зависимость в координатах "радиус надреза (г) - работа разрушения (А)». Прямая линиязависимости продолжается до пересечения с осью ординат (A) (рисунок 6.4). Ар -характеризует работу, затраченную на распространение трещины при ее нулевом радиусе ее у вершины.

Рисунок 6.4 – К определению работы распространения трещины по методу А.П. Гуляева

Метод Отани.

Связан с предварительнымнанесением трещины ударом маятника копра сневысоким запасом энергии. После этого поверхность трещины окрашивается красящей жидкостью или иным способом и производится полное разрушение образца с определением работы разрушения Ар.

Работа распространения трещины определяется по формуле

КСр = Ap/Foc, .

где Foс - оставшаяся площадь сечения образца после первого удара.

Метод Б.А. Дроздовского.

Отличается от метода Отанитем, что наносится усталостная трещина на специальном вибраторе. Далее испытания на ударный изгиб.

Кроме того, методом диффузионной сварки можно получать образцы с подрезами непосредственно в процессе изготовления. Для этого на призматические заготовки образцов с одной стороны необходимо перед сваркой фаску глубиной 2-3 мм под углом 5-10 градусов. После сварки также проводятся испытания на ударный изгиб с последующим подсчетом значения КСр.

Порядок выполнения работы.

1.Определениеудельной работы распространения трещин методом Л.С. Лившица и А.С. Рахманова.

1.1 Подучить у руководителя образцы.сваренные на установке диффузионной сварки и обработанные механически, вколичестве- 7-8 штук.

1,2. Изучить устройство маятникового копра МК-30.

1.3. Установить начальный запас энергии маятника Ан= 160-180 Дж (16-18 кгс-м).

1.4. Установить образец №1 на губки копра и провести испытания, зарегистрировав начальный (Ан) и конечный (Ак) запас энергии маятника.

1.5. Аналогично испытать образец №2.

1.6. Подсчитать работу разрушения Аразр = Ан - Ак и угол загиба образцов (град.), результаты записать в таблицу.

1.7. Установить начальный запас энергии маятника Ан=(0,8-0,9) Аразр. и провести испытания следующего образца.

1.8. Уменьшая последовательно Ан на одну ступень по шкале копра, испытать остальные образцы.

1.9. Замерить угол загибакаждого образца. Все результаты занести в таблицу.

1.10. Построить зависимость (см. рисунок 6.3).

1.11.Продлить линию зависимости до пересечения с осью абцисс (А).

Для среднего значения угла, соответствующего образцам №1 и №2 провестигоризонтальную линию и найти точку пересечения "В" с наклонной линией.

По графику определить значения Аз= Аупр + Адеф и Ар. Замерить площадь сечения образцов №1 и №2 по излому и подсчитать значения:

КС = Аразр/F; КСр= Ap/F; КСз = Аз/F; в Дж/кв.см.

2. Определение работы распространения трещины по методике Отани. ,

2.1. Записать значение работы разрушения Аразр. (см.п. 1.4) и ударной вязкости КС образцов из предыдущего эксперимента.

2.2.Установить начальный запас энергии маятника:

Ан = (0.7-0,8) Аразр.

2.3. Провести испытания пяти образцов при полученном значении Ан (нанести трещину).

2.3. Поместить образцы в муфельную печь, нагретую до температуры 200-250 градусов, и выдержать до появления цветов побежалости, затем охладить до комнатной температуры на воздухе.

2.4. Провести испытания на ударный изгиб при Ан ~ Аразр.

2.6. Замерить площадь сечения Fk каждого образца (без учета трещины) по излому и подсчитать значения:

КСр = (Ан - Ak)/Fk,

Определить среднее значение КСр ср,

Сравнять результаты по обоим методам.

3. Определение работы разрушения на образцах, содержащих трещиноподобный подрез, полученный в процессе диффузионной сварки.

3.1. На установке для диффузионной сварки сварить несколько образцов (пять-шесть), варьируя один из параметров режима по указанию руководителя.

3.2. Провести испытания на ударный изгиб и определить работу распространения трещины:

КСр = (Ан - Ak)/F_k,

где Fk площадь сечения образца.

3.3. Построить зависимость работы распространения трещины от одного из параметров режима сварки

3.4. Сравнить результаты испытаний по всем методам.

3.5. Сделать выводы по результатам исследований, в которых отразить следующее:

-в чем сущность энергетических методов определения сопротивляемости металла и сварных соединений разрушению;

- с чем связано различие в значениях КСр, определенных различными методами;

- объяснить характер зависимости работы распространения трещины КСр от параметров режима диффузионной сварки.