В. И. СУРИН, С. Б. ОБОРИН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ СПЛАВА Д16Т
ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ
МЕТОДОМ КОНТАКТНО–РАЗНОСТНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ
Представлены результаты усталостных испытаний сплава Д16Т на стадии циклической текучести (база– 10 5 циклов). Амплитудно–временные зависимости дифференциальной контактной разности потенциалов (ДКРП), полученные при циклировании, обрабатывались при помощи Фурье–анализа.
Разработка материалов, обеспечивающих надежную и долговечную работу конструкций, требует знаний механизмов накопления повреждений под воздействием длительных циклических нагрузок. Возможности экспериментальных методов исследования параметров зарождения и роста усталостных трещин можно существенно расширить с помощью современных информационно-измерительных систем.
Разработанная установка позволяет получать усталостные трещины в металлических пластинах и следить за их ростом на экране монитора с помощью web–камеры.
Одним из перспективных методов технической диагностики состояния материалов и изделий является метод ДКРП. Применение данного метода для изучения распределения электрического потенциала вокруг поверхностного дефекта дает возможность осуществлять двойной контроль за ростом трещины. Допускается исследования пластин с подготовленными концентраторами напряжений: отверстиями, надрезами, проточками, а также без концентраторов напряжений.
Для возможности изменения параметров нагружения при зарождении и подрастании усталостных трещин применен электрический привод, позволяющий циклически нагружать образец с низкой частотой. Данный способ нагружения позволяет выращивать в металлическом образце трещины и создавать условия для их роста со скоростью порядка нескольких миллиметров в час. Это принципиально важно для получения информации об изменении электрофизических свойств материалов перед разрушением, а также в данном случае возможно наблюдение процесса на мониторе компьютера без дополнительной обработки изображения: замедления или ускорения.
Наблюдение за поверхностью образца ведется web-камерой оснащенной дополнительным объективом и лампой подсветки. Камера с объективом смонтирована на кронштейне дающим возможность установить наблюдение за любым участком верхней плоскости пластины. Система обеспечивает исследование трещин и дефектов на поверхности пластины шириной от 3 мкм непосредственно во время усталостных испытаний.
Методом гармонического анализа исследованы амплитудно- временные зависимости ДКРП для различных интервалов циклирования. В результате обработки полученных результатов построены зависимости изменения числа гармоник в спектре ДКРП, условной мощности электрического сигнала для различных временных интервалов.
Причина низкой степени аппроксимации экспериментальных данных полиномами Фурье и низких значений коэффициента корреляции между экспериментальными и расчетными кривыми в предварительных экспериментах заключалась в неправильном выборе длительности временного интервала аппроксимации. Определена длительность интервала для расчета числа гармоник в спектре ДКРП, которая составила 103 с. В этом случае повышается точность определения числа гармоник в спектре, а указанный коэффициент корреляции близок к единице.
При исследовании закономерностей структурных изменений на различных стадиях циклического деформирования применен подход, основанный на представлении о волновом характере поверхностной деформации [1–2]. В этом случае источник волн деформации представляется гармоническим осциллятором определенной частоты. Число источников определяется с помощью Фурье – анализа. Одновременное действие многих таких источников, стохастически распределенных в объеме образца, а также зародышевые микротрещины создают поле внутренних деформаций (напряжений) в объеме и профиль деформации на поверхности.
Список литературы
1. , , Заводчиков деформации растяжения в поликристаллическом сплаве на основе Zr// Физика металлов и металловедение. 1999. Т.87. №3. С.77–79.
2. , , Халфин пластической деформации в структурно-неоднородных материалах при одноосном нагружении// Сб. научных трудов. Научная сессия МИФИ-2003. М.: МИФИ. 2003. Т.9. С.178–180.
