Определить трещину в металле
Обновлено: 28.04.2024
Описание. Линейные нарушения сплошности на поверхности горячекатаных прутков и профилей, а также катаной проволоки, расположенные чаще всего в продольном направлении и проходящие перпендикулярно или наклонно в глубь материала. Их возникновение и распределение обусловлены самыми различными причинами.
1. Трещины, образовавшиеся вследствие неправильной калибровки при горячей прокатке, ориентированные в продольном направлении. Обычно тонкие, короткие, встречаются в большом количестве.
2. Тонкие трещины, расположенные на равном расстоянии друг от друга, возникающие вследствие изменения (чаще посадки) калибра при горячей прокатке. Могут быть распределены по всему объему.
3. Тонкие трещины от проскальзывания в калибре; могут быть короткими или длинными; распределены беспорядочно по объему.
4. Краевые (идущие от ребер) трещины на профилях или на прутках, имеющих сечение, отличающееся от круглого; они проходят перпендикулярно или под углом к направлению прокатки и имеют преимущественно извилистую форму.
5. Трещины обусловленные сотовыми (подкорковыми) пузырями; неравномерно распределены по поверхности в продольном направлении.
6. Трещины, возникшие от остаточных напряжений. Лишь в редких случаях они прямолинейны и расположены параллельно продольной оси. Чаще всего сильно искривлены, частично доходят до сердцевины.
7. Трещины, обусловленные подкорковыми порами; распределены по поверхности неравномерно и вытянуты в продольном направлении; имеют малую протяженность и чаще всего очень тонкие.
1. Одновременная осадка и уширение (сжимающие и растягивающие напряжения) при прокатке (неблагоприятная калибровка).
2. Углубления, возникающие при прокатке из-за дефектной поверхности прокатных валков. Слишком большое различие в диаметрах одновременно работающих (сопряженных) валков.
6. Остаточные (внутренние) напряжения, возникающие в материале из-за слишком быстрого нагрева или охлаждения, а также в процессе деформации (например, от скручивания) или при травлении (водород).
7. Изложницы с горячими трещинами; газовыделение из-за поглощения влаги или водорода; слишком быстрая разливка.
1. Создание правильной калибровки и соблюдение технологии горячей прокатки стем, чтобы исключить возможность одновременной сильной осадки и уширения; особое внимание следует обращать на это в последних проходах.
Не создавать углублений на поверхности прутка при прокатке, не использовать прокатные валки со слишком глубокими насечками.
4. Оптимальные температуры нагрева и прокатки, nbsp;соответствующие данной марке стали и поперечному сечению заготовки.
Правильная калибровка для предупреждения слишком большого уширения с учетом данной марки и поперечного сечения изделия.
6. Предотвращение при термической обработке и горячей прокатке резких нагревов и охлаждении. Стали, склонные к образованию трещин от остаточных (внутренних) напряжений (легированные стали и стали с повышенным содержанием углерода), следует охлаждать в нагревательных колодцах.
Устранение. Возможно с учетом глубины и количества дефектов, размеров полуфабриката, состава стали, а также формы поперечного сечения и назначения проката. Для горячекатаной прутковой стали возможные методы устранения дефектов — зачистка (шлифовка и строжка), а также обточка. Катаная проволока большого диаметра (свыше 10 мм) может быть обточена. Дефекты в профилях могут быть удалены зачисткой (шлифовкой или строжкой).
Примечание. Необходимо совершенствовать соответствующие технологические процессы, с тем чтобы избежать появления поверхностных продольных трещин. Однако так как причины появления этих трещин могут быть самыми разнообразными (см. выше) и в текущем производстве в настоящее время еще нет сквозного контроля всей прокатываемой продукции на поверхностные дефекты, только с большим трудом можно получить абсолютно свободный от трещин материал. Это означает, что поверхностные трещины в реальном производстве встречаются, к сожалению, часто.
Обусловленное продольными трещинами снижение качества продукции зависит от вида, глубины и количества (частоты расположения) трещин, а также от целей применения продукции. При обработке поверхности резанием (при изготовлении деталей) наличие поверхностных трещин не имеет значения в том случае, если глубина их меньше удаляемого при механической обработке слоя. Для заготовок, предназначенных для последующего волочения или деформации другого вида без удаления поверхностного слоя, поверхностные трещины, напротив, весьма нежелательны; к качеству поверхности таких заготовок предъявляются особенно высокие требования.
Источник: Атлас дефектов стали. Пер. с нем. М. "Металлургия", 1979.
Сайт содержит техническую и нормативную информацию по металлургии.
Все материалы размещенные на сайте предоставляются бесплатно.
МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ТРЕЩИН В ДЕТАЛЯХ И УЗЛАХ
Дефектация определяет техническое состояние деталей и возможность их дальнейшего использования при ремонте.
В процессе дефектации производится сортировка деталей на три группы: годные, негодные и требующие ремонта.
- Годные к дальнейшей эксплуатации детали направляют в комплектовочные кладовые или склады, а оттуда на сборку.
- Негодные детали сдаются в металлолом.
- Детали, требующие ремонта, после определения последовательности восстановления передаются в соответствующие участки или цеха.
Детали при дефектации помечают краской (на проверяемых поверхностях). Негодные изделия помечают красной краской, годные — зеленой, требующие ремонта — желтой.
Результаты дефектации фиксируются в дефектовочных ведомостях, где указывается количество годных, требующих ремонта и негодных деталей и узлов.
Дефектация производится в соответствии с требованиями технических условий на капитальный или текущий и средний ремонт. Эти требования излагаются в картах дефектации.
Методы дефектации зависят от конструкции, назначения, технического состояния и характерных повреждений детали, узла или агрегата
Дефекты в деталях изделий разделены на три группы по причинам, их вызывающим:
— дефекты, связанные с аварийными повреждениями;
— дефекты, связанные с длительной эксплуатацией;
— дефекты, связанные с хранением.
Явные повреждения, а также поломки и т. д. обнаруживаются легко. Сравнительно просто оценить степень износа рабочих поверхностей путем обмера деталей измерительным инструментом (микрометр, штангенциркуль, индикатор и т. д.).
Значительно сложнее определить степень взаимного смещения поверхностей, возникающего как при длительной эксплуатации, так и при других повреждениях машины.
Особую сложность при ремонте представляет обнаружение микротрещин.
Последовательность дефектации:
1. вначале подвергается внешнему осмотру с целью обнаружения явных дефектов (коррозия, трещины, вмятины и т. д.), а также дефектов с признаками явного брака (поломки, сколы, пробоины и т. п.).
2. Затем деталь проверяют на специальных приспособлениях и приборах для выявления микротрещин, определения степени смещения поверхностей относительно друг друга, измерения твердости, упругости и т. д.
3. Затем производится обмер рабочих поверхностей деталей.
Такая последовательность дефектации позволяет избежать лишних работ в тех случаях, когда деталь имеет признаки явных дефектов или брака.
МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ТРЕЩИН В ДЕТАЛЯХ И УЗЛАХ
В практике ремонта для обнаружения трещин и других пороков применяют следующие методы:
- ультразвуковой и др.
Первые четыре метода применяют только для обнаружения трещин. Остальные являются универсальными и позволяют обнаружить на деталях не только трещины, но и внутренние пороки металла (поры, раковины и т. п.).
Метод гидравлических испытанийприменяют при обнаружении трещин в полых деталях (баки, головки блоков, радиаторы, трубопроводы и т. д.).
При испытании полости деталей заполняют водой или дизельным топливом, создают заданное техническими условиями давление и затем, после выдержки, осматривают деталь или узел. О наличии трещин судят по подтеканию жидкости. Трещины можно обнаружить, используя сжатый воздух. Внутренние полости заполняют сжатым воздухом, а баки погружают в ванну с водой. Выходящий из трещины воздух обнаруживается по пузырькам над поверхностью воды. Как правило, давление при опрессовке в 1,5 — 2 раза превышает рабочее давление детали. Понятно, что этим методом можно обнаружить сквозные, сравнительно большие трещины.
Метод керосиновой пробызаключается в следующем. Поверхность проверяемой детали смачивают керосином, после выдержки в течение 1—2 мин эту поверхность насухо протирают и покрывают мелом. Керосин, проникший в трещины, выступает на поверхность мелового покрытия, четко определяя границы трещины. Этот метод очень прост, не требует специального оборудования и поэтому широко используется, особенно при проверках рам. Однако с помощью такого метода невозможно выявить трещины шириной менее 0,03 — 0,05 мм.
Метод красокоснован на способности красок к взаимной диффузии. Для обнаружения трещин поверхность детали обезжиривают бензином и покрывают красной краской, которую через 5 — 6 мин смывают растворителем. После этого поверхность покрывают белой краской. Красная краска выступает из трещины и окрашивает белое покрытие, обрисовывая границы трещины. Нашапромышленность выпускает дефектоскопы (ДМК-1; ДМК-2), предназначенные для обнаружения трещин этим методом. Метод красок позволяет обнаруживать трещины шириной не менее 0,01 — 0,03 мм и глубиной до 0,01 — 0,04 мм.
Люминесцентный методдефектоскопии основан на способности некоторых веществ светиться под воздействием ультрафиолетовых лучей (люминофоры).
Для выявления трещин на поверхность детали наносят люминофор. После выдержки 5 — 6 мин люминофор с поверхности удаляют, затем наносят слой талька с целью извлечения люминофора из трещины. Впитанное тальком флюоресцирующее вещество ярко светится в ультрафиолетовых лучах.
Обнаружение микротрещин
Чтобы детали двигателя могли служить долго и в полной мере выполнять свои функции, при ремонте двигателя следует выполнять дефектовку деталей. Для обнаружение микротрещин используют соответствующее оборудование, многие повреждения невозможно обнаружить невооруженным глазом. Некоторое оборудование отлично подходит для выявления скрытых проблемных областей в детали, о таком инструменте мы поговорим ниже. Существует несколько методов обнаружения микротрещин, пористости, толщины стенок цилиндра.
Звуковые тестеры
Эти приборы хорошо подходят для измерения толщины, а нам пригодится для замера стенки цилиндра, (не все цилиндры можно вынуть из блока) И так тестер состоит из самого прибора и отдельно подключенного зонда, испускающего сигнал, который проходит через материал. Когда сигнал достигает противоположной стороны материала, сигнал возвращается к зонду, тестер основываясь на время за которое сигнал был отражен и вернулся к зонду выводит на дисплее показания толщины.
Проверки измерения зондом проводятся от вершины цилиндра до самого низа и по всему диаметру. Особенно важно проверить области, где есть каналы охлаждения. Возможность измерить толщину стенок цилиндра дает полную картину к расточке, если мы хотим значительно увеличить рабочий объем двигателя. Слишком тонкие стенки образуются из за износа или коррозии со стороны охлаждающих каналов.
Толщина стенок цилиндра не может быть тоньше 3 мм , иначе цилиндр попросту лопнет при эксплуатации.
Для турбированых двигателей минимальная толщина будет несколько больше, все зависит от рабочего давления газа.
Перед использованием звукового тестера он должен быть откалиброван.
Измерения проводятся во всех цилиндрах без исключения, особенно чугунные блоки могут изначально иметь разную толщину стенок. Таким образом можно оценить состояние блока и его пригодность к использованию, стоит ли вкладывать деньги в его ремонт и сможет ли он выдержать нагрузку.
Магнитный тестер микротрещин
Применяется только к чугунным и стальным материалам. Процесс тестирования основан на распределении металлического порошка на поверхности метала имеющего магнитные свойства. То есть деталь подвергают магнитному полю, наносят очень мелкий металлический порошок на подозреваемую область с трещиной и по результатам распределения порошка можно судить о целостности испытуемой детали.
Например, проверим седло клапана на микротрещины, для этого следует очистить поверхность растворителем и тряпкой, ни в коем случае не механическим способом, ножом или наждачной бумагой, это может скрыть трещину и в дальнейшем усложнить ее обнаружение. И так поверхность чистая и сухая, наносим специальный металлический порошок на поверхность седла клапана и подносим магнит, в случае если есть микротрещина, то порошок соберется в нее и это будет заметно, или же наоборот расползется от места трещины, в зависимости от того как расположены полюсы магнита по отношению к испытуемой детали. Поэтому вращаем магнит относительно поверхности головки
Поиск микротрещин ультрафиолетом
Для диагностики микротрещин применяется намагничивание детали, опять же только сталь или чугун и специальная жидкость, имеющая свойства проникать в мельчайшие трещины, а также светится под действием ультрафиолетовых лучей.
Для начала деталь обливается раствором, на примере коленчатый вал, так же можно диагностировать и шатуны. Второй этап намагничивание детали с помощью специального прибора. После этого в темноте зажигается ультрафиолетовая лампа, любые микротрещины будут показаны как ярко светящаяся линия. Заключительный этап, после выявления дефекта и его обозначения, следует размагнитить деталь обратной полярностью и очистить от раствора. Не стоит оставлять детали намагниченными так как к ним в дальнейшем будут прилипать металлические частицы, продукты износа из масла и может повлиять на дальнейшую работу двигателя.
Проникающая краска
Этот фотохимический процесс выявления микротрещин используется без ультрафиолетового излучения. Применим к любым металлам сталь, железо, медь, алюминий, титан и д.р. Окрашивается деталь специальной краской поскольку нет необходимости в магнитном поле этот процесс можно использовать и для пластиковых деталей.
Набор включает в себя обычно 3 химиката, растворитель, краска и проявитель. Растворитель готовит поверхность, очищая и обезжиривая. Распыляется проникающая краска на поверхность детали. Она просачивается в любые трещины, ямы и дефектные зоны.
Через некоторое время краска пропитывает деталь и подсыхает применяется специальный проявитель, который реагирует с краской и становятся хорошо заметными области с высокой концентрацией краски в таких местах как трещины. Существует два типа этих наборов: Каждый позволяет обнаруживать трещины, второй тип отлично может обозначить трещину под ультрафиолетовым излучением. После выявления трещины используется тот же растворитель чтобы очистить делать от краски.
Образование трещин при термической обработке стальных изделий
Поскольку макротрещины являются результатом воздействия напряжений первого рода, то очевидно, что их расположение и глубина распространения должны определяться распределением напряжений в объеме изделия.
Хрупкое разрушение чистых металлов и многих пластичных сплавов при комнатной температуре можно вызвать двухосным или трехосным приложением растягивающих внешних усилий; в случае сжимающих усилий металлы разрушаются от касательных напряжений сдвигом, т. е. разрушаются вязко. Это справедливо для материалов и напряженного состояния, при котором проявляются пластические свойства материала. Хрупкие материалы, к которым относится и закаленная сталь, могут разрушаться не только от растягивающих, но и сжимающих напряжений, что хорошо выявляется при одноосном сжатии [50], при котором разрушение происходит по направлению действующего усилия. В данном случае излом проходит перпендикулярно поперечным растягивающим деформациям, т. е. в направлении, в котором согласно понятиям теории упругости растягивающие напряжения отсутствуют. Поэтому целесообразно разрушение хрупких материалов рассматривать по отношению к деформациям растяжения.
В процессе механических испытаний при любом способе приложения внешних усилий, даже одноосном, образец деформируется в трех направлениях и, по существу, в нем всегда возникает объемное деформированное состояние. При одноосном растяжении в направлении действующего усилия появляются деформации растяжения, а в двух других направлениях — сжатия (фиг. 4, а). Хрупкие материалы при растяжении разрушаются перпендикулярно направлению усилия, т. е. перпендикулярно максимальной деформации растяжения.
Одноосное сжатие в направлении действующего усилия вызывает деформацию сжатия, но в двух остальных направлениях— деформации растяжения и перпендикулярно деформациям растяжения наступает разрушение (фиг. 4, б).
При двухосном и трехосном приложении сил растяжения или сжатия хрупкое разрушение также будет направлено перпендикулярно наибольшей деформации растяжения. Двухосное равномерное растяжение изотропных материалов может привести к одновременному разрушению образца в четырех направлениях Двухосное равномерное сжатие (фиг. 4, г) вызывает растягивание в одном направлении и разрушение возможно также в одном направлении, нормальном к деформации.
Закалочные трещины могут образоваться в зоне, подвергнутой не только растягивающим, но и сжимающим напряжениям, при этом они направляются перпендикулярно максимальной деформации растяжения.
При трехосном приложении усилий, когда в двух направлениях действуют растягивающие, а в одном — сжимающие напряжения, последние должны способствовать хрупкому разрушению, поскольку они увеличивают деформацию растяжения (фиг. 4, д), вызываемую растягивающими усилиями.
Термическая обработка создает в изделиях объемно-напряженное состояние. В элементарном объеме очень часто возникает напряженное состояние, аналогичное описанному выше, когда в двух направлениях действуют растягивающие напряжения и в одном — сжимающие. Такое напряженное состояние должно быть опасным для образования трещин.
Объемное напряженное состояние изделий характеризуется различным распределением напряжений по сечению. В одних случаях напряжения меняются по величине постепенно, в других случаях напряжения по величине и знаку изменяются резко (в пределах сотых долей миллиметра). Последнее часто наблюдается в тонких поверхностных слоях изделия, в которых напряжения сжатия или растяжения значительно превышают (до нескольких раз) максимальные напряжения в сердцевине. В этом случае поверхностный тонкий слой можно рассматривать как самостоятельную зону, находящуюся в плосконапряженном состоянии
Макротрещины, возникающие в изделиях, должны располагаться в соответствии с напряженным состоянием: при напряженном состоянии во всем объеме изделия следует ожидать образования глубоких трещин, а при двухосном напряженном состоянии в поверхностном слое — образования поверхностных трещин. Многолетние наблюдения над образованием макротрещин в изделиях, изготовляемых из высоко- и среднеуглеродистой легированной и нелегированной стали, а также низкоуглеродистой цементуемой стали, привели к выводу, что трещины, возникающие в изделиях при термической обработке, также можно подразделить на две группы: глубокие и поверхностные. Каждая
группа трещин подразделяется на две разновидности: выходящих на поверхность изделия и внутренних. Классификация трещин приводится на фиг. 5, согласно которой макротрещийы, возникающие при термической обработке изделия, подразделяются на четыре типа. Пятым типом трещин являются микротрещины, позникающие от напряжений второго рода.
Первый тип трещин — трещины глубокие, раскрывающиеся от поверхности изделия (фиг. 6). Они могут быть продольными или изменять направление в зависимости от конфигурации изделия (концентраторов напряжений). Продольное направление трещин чаще наблюдается в тех изделиях, длина которых превышает их диаметр или толщину, и даже в изделиях сложной формы. Например, на поверхности фрезы, изготовленной из быстрорежущей стали (фиг. 6, а), трещины имеют различные направления, но если эту фрезу сломать по трещинам, то обнаружится их преимущественное направление вдоль оси (фиг. 6,6).
Как показали наблюдения, трещины первого типа возникают в полностью прокаливающихся изделиях. В данном случае под прокаливаемостью понимается слой с мартёнситной структурой, когда твердость сердцевины изделия равна или ниже (не более чем на HRC 1—3) твердости поверхности. В этом случае в поверхностном слое изделия возникают, как правило, растягивающие напряжения, а распределение их по сечению соответствует схеме, приведенной на фиг. 5 для данного типа трещин.
Если исходить из общих представлений об образовании трещин, то следует предположить, что трещины первого типа могут появиться в любом слое стали, где деформация растяжения (в тангенциальном 'направлении) превосходит способность стали к удлинению при данном напряженном состоянии. Вместе с тем практически наблюдается, что наибольшая склонность к трещинам первого типа проявляется в образцах со сквозной прокаливаемостью, когда на поверхности обнаруживаются преимущественно напряжения растяжения (фиг. 5, а). Такое напряженное состояние характерно для прокаливающихся образцов после охлаждения в воде. Очевидно, неодновременность структурных превращений, возникающая при резком охлаждении, вызывает напряжения растяжения в поверхностном слое. Логично предположить, что если под действием растягивающих напряжений в сердцевине возникают трещины, то должны встречаться хотя бы отдельные случаи, когда в изделиях обнаруживаются внутренние продольные трещины. Однако таких трещин пока не отмечалось. По-видимому, практически внутренние напряжения в сердцевине изделий, могущие вызвать деформацию растяжения в тангенциальном направлении, достаточную для разрушения, образуются редко.
Известно, что в цилиндрических образцах после термической обработки осевые напряжения имеют, как правило, большую, а радиальные напряжения — меньшую величину. Казалось бы, и трещины должны возникать от наибольших осевых напряжений. Но в этом случае они располагались бы перпендикулярно оси, а в действительности трещины бывают направлены вдоль оси. Продольное расположение их вызывается тангенциальными напряжениями, хотя величина этих напряжений, как правило, несколько меньше осевых. Продольное расположение трещин в некоторой степени, очевидно, объясняется анизотропией свойств стали. Многие детали, а также и инструмент изготовляются из проката. Прокат, как известно, в продольном и поперечном направлениях имеет различные свойства. При испытании поперечных образцов по сравнению с продольными образцами ([50] обнаруживается понижение следующих механических свойств: пластичности, сопротивления отрыву, истинного сопротивления разрушению. В закаленной на мартенсит инструментальной стали сопротивление отрыву при разрушении поперечных образцов на 30—50% меньше, чем при разрушении продольных образцов.
Второй тип трещин — внутренние дугообразные, отличающиеся от трещин первого типа не только глубиной залегания, но и расположением (фиг. 5, б). Они располагаются главным образом внутри углов изделий. Если изделие имеет небольшую толщину, то трещины, располагаясь в углах, сливаются и принимают дугообразную форму (фиг. 7). Не исключена возможность выхода внутренних трещин на поверхность изделий. Они называются внутренними потому, что берут начало из сердцевинных слоев и только вследствие перераспределения напряжений и повышенной хрупкости стали часто распространяются до поверхности. Внутренние трещины, не выходящие на поверхность после закалки, выявляются после сколов углов изделий или вершин зубьев (фиг. 7, г).
Трещины второго типа возникают в непрокаливающихся или цементованных изделиях. В таких изделиях поверхностный закаленный слой имеет большой удельный объем по сравнению с сердцевиной. Вследствие этого поверхностный слой стремится расшириться и подвергает сердцевину растяжению. Сам поверхностный слой в этом случае будет находиться под воздействием сжимающих напряжений. Распределение напряжений в цементованных или непрокаливающихся образцах неоднократно исслеловалось различными авторами; оно соответствует напряженно му состоянию, схематически представленному на фиг. 5, б. Трещины возникают в зоне, подвергнутой растягивающим напряжениям. Преимущественное образование внутренних трещин в
углах следует объяснить наличием в них объемных растягивающих напряжений. Закаленный или цементованный слой в углах воздействует на сердцевину с трех сторон, создавая напряженное состояние, затрудняющее пластическую деформацию стали и облегчающее образование трещин.
Третий тип трещин — поверхностные, проникающие ιι;ι глубину от 0,01 до 1,5—2 мм. На поверхности эти трещины имеют произвольное направление, не связанное с конфигурацией .изделия. В зависимости от глубины они по-разному выявляются на поверхности изделия.
Трещины, проникающие в глубину до нескольких сотых миллиметра, образуют на поверхности изделия мелкую сетку (фиг. 8, а) . При увеличении глубины трещин ячейки сетки укрупняются, затем сетка становится слабо замкнутой (фиг. 8, б), и, наконец, при глубине около 1,0 мм на поверхности появляется несколько трещин произвольного (фиг. 8,- в) или продольного (фиг. 8, г) направления.
Трещины третьего типа образуются в том случае, когда по каким-либо причинам в поверхностных слоях возникают растягивающие напряжения, а способность металла этих слоев к деформации оказывается недостаточной (см. фиг. 5, в).
Четвертый тип трещин — трещины отслаивания и сколов (см. фиг. 5, г). Для примера приведем многочисленные случаи отслаивания поверхностной корки после шлифования, а также отслаивания диффузионных слоев, полученных химико-термической обработкой. Но к трещинам отслаивания относится значительно более широкий круг встречающихся трещин, и расположение их вблизи поверхности изделия является частным случаем. Анализ многих изделий с трещинами отслаивания приводит к выводу, что трещины появляются вследствие действия сжимающих напряжений и возникают от растягивающих поперечных деформаций.
Трещины отслаивания располагаются вдоль структурных зон, подвергнутых сжатию и отличающихся повышенной хрупкостью. Известна возможность такого разрушения в хрупких материалах при одноосном сжатии [50]. Однако трещины отслаивания возни кают только в том случае, когда напряжения от растягивающих к сжимающим переходят в очень узкой зоне, равной тысячным или сотым миллиметра, т. е. когда знак напряжений меняется в микрослоях (см. фиг. 5, г).
Обычно трещины отслаивания располагаются в структурной зоне малой толщины, напряженное состояние которой можно рассматривать как двухосное равномерное сжатие. Наглядно это можно показать следующим.
Если в зоне образования трещин четвертого типа возникает объемное напряженное состояние и, помимо напряжений двухосного сжатия, появляются и растягивающие напряжения в третьем направлении (радиальном), то они будут способствовать образованию этих трещин.
В изделии одновременно могут присутствовать глубокие и поверхностные трещины. Пример наличия в изделии трещин первого и третьего типов приведен на фиг. 12, где глубокие и большие трещины появились от объемного напряженного состояния, а поверхностные и мелкие вызваны наличием дополнительного напряжения в поверхностном слое изделия. Поскольку глубокие трещины вызываются напряжениями, действующими во всем объеме изделия, то, очевидно, причину их образования следует искать в технологических условиях, влияющих на напряженное состояние объема (например, перепад температур по сечению изделий при сквозном нагреве и охлаждении). Появление поверхностных трещин связано с явлениями, происходящими в поверхностных слоях (изменение состава стали вследствие химико-термических процессов, протекающих в поверхностных слоях, резкий разогрев поверхности и др.).
На основании изучения причин, приводящих к образованию трещин при обработке конкретных изделий, по виду трещин можно определить технологические факторы, вызывающие трещины, и указать мероприятия по их устранению. Например, установлено, что в инструменте из быстрорежущей стали, нагреваемом для закалки в соляных ваннах, поверхностные трещины вызываются наличием обезуглероженного слоя. Если трещины имеют вид мелкой сетки (а следовательно, малую глубину) и расположены по всей поверхности изделия, то обезуглероживание произошло при нагреве в соляной ванне, а если поверхностные трещины располагаются с одной стороны (обычно на плоском инструменте), не образуют сетки, но расположены произвольно, то это указывает на неравномерное снятие припуска при механической обработке. Конкретные причины образования трещин и технологические мероприятия по их предупреждению будут рассмотрены ниже.
Применяемые марки стали и условия обработки настолько разнообразны, что еще встречаются трещины, причины и технологические условия образования которых еще не изучены и они «не классифицируются». Например, еще не совсем ясно, к какому типу можно отнести трещины, возникающие возле кромки изделия и направленные параллельно ей. Известны случаи образования подобных трещин в связи с обезуглероживанием и троститным превращением на .поверхности, и, очевидно, их следует отнести к третьему типу, но для окончательной классификации требуется накопление дополнительных данных.
В классификацию не включены трещины, возникающие при очень сильном перегреве стали (например, нагрев стали У12 до температуры 1200°С), когда трещины уже не имеют определенной ориентировки и иногда образуют сетку, видимую на поверхности. Образование таких трещин связано с понижением прочности границ зерен, и они сравнительно редко встречаются в практике. При классификации следует иметь в виду возможность появления сетки трещин вследствие сильного перегрева, в этом необходимо убедиться по структурному анализу или излому стали.
По мере изменения технологии термической обработки будут включаться новые технологические факторы и виды трещин, требующие специального изучения.
Подрезы (переходы сечений) увеличивают склонность изделий к образованию трещин, изменяют их направление (фиг. 13) „ но влияние технологических и металлургических факторов сохраняется для всех четырех типов трещин. Поэтому все общие закономерности, относящиеся к образцам или изделиям простой формы без резких переходов в сечении или подрезов, в равной степени относятся к изделиям сложной формы.
Пятый тип трещин — микротрещины, в отличие от перечисленных выше трещин, возникающих от напряжений первого рода, образуются под действием микронапряжений или напряжений второго рода (см. фиг. 5, д).
Поскольку напряжения второго рода действуют в пределах микрообъемов и дезориентированы, они должны вызвать трещины, также распространяющиеся на микрообъемы и тоже дезориентированные.
На возможность образования . микротрещин в стали указывается многими авторами. К этому типу относятся трещины, которые различимы под микроскопом и располагаются в пределах игл мартенсита или одного и нескольких зерен. В быстрорежущей стали, согласно данным.
Определить трещину в металле
Нужен полный текст и статус документов ГОСТ, СНИП, СП?
Попробуйте профессиональную справочную систему
«Техэксперт: Базовые нормативные документы» бесплатно
Расчеты и испытания на прочность
МЕТОДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ
Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении
Design, calculation and strength testing. Methods of mechanical testing of metals. Determination of fracture toughness characteristics under the static loading
Дата введения 1986-01-01
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 марта 1985 г. N 902 дата введения установлена 01.01.86
Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)
Настоящий стандарт устанавливает методы механических испытаний для определения характеристик трещиностойкости металлов при статическом кратковременном нагружении на образцах толщиной не менее 1 мм при температуре от минус 269 °С до плюс 600°С.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Обозначения и единицы измерения величин, применяемые в настоящем стандарте, указаны в приложении 1.
Примечание. Пояснения к обозначениям приведены в приложении 2.
1.2. Для определения характеристик трещиностойкости испытывают с записью диаграмм "нагрузка-смещение" ("") или "нагрузка-прогиб" ("1.3. По результатам испытаний определяют следующие основные характеристики трещиностойкости:
силовые - критические коэффициенты интенсивности напряжений (или ): , , , ;
деформационная - раскрытие в вершине трещины ;
энергетические - критические значения -интеграла ил
1.4. Трещиностойкость металлов оценивают по одной или нескольким силовым, деформационным и энергетическим величинам , , , , ,При выполнении условий корректности определения характеристик трещиностойкости (п.5.1.3.2; 5.1.5.1 и 5.1.6) основной является величина .
В случае невыполнения условий корректности величин , , трещиностойкость металлов оценивают по величинам , ,1. Для определения трещиностойкости металлов в широком диапазоне длин трещин допускается использовать предел трещиностойкости (приложение 3).
2. Методы построения температурных зависимостей характеристик трещиностойкости и определение критических температур для малоуглеродистых и низколегированных сталей описаны в приложении 4.
1.5. Определяемые по настоящему стандарту характеристики трещиностойкости (наряду с другими характеристиками механических свойств) могут быть использованы для:
сравнения различных вариантов химического состава, технологических процессов изготовления, обработки и контроля качества металлов и сплавов;
сопоставления материалов при обосновании их выбора для машин и конструкций;
расчетов на прочность несущих элементов конструкций с учетом их дефектности, геометрических форм и условий эксплуатации;
анализа причин аварий и разрушений конструкций.
1.6. Для металлов, предназначенных для использования в машинах и конструкциях с заданными условиями эксплуатации, могут быть применены методы испытаний, типы образцов и характеристики трещиностойкости металла в соответствии с отраслевыми нормативно-техническими документами.
2. ОБРАЗЦЫ И ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЕ
2.1. Для определения характеристик трещиностойкости применяют следующие образцы: тип 1 - плоский прямоугольный с центральной трещиной для испытаний на осевое растяжение (черт.1); тип 2 - цилиндрический с кольцевой трещиной для испытаний на осевое растяжение (черт.2); тип 3 - прямоугольный компактный образец с краевой трещиной для испытаний на внецентренное растяжение (черт.3); тип 4 - плоский прямоугольный образец с краевой трещиной для испытаний на трехточечный изгиб (черт.4).
- расстояние между частями образца, служащими для крепления в захватах;
;
;
;
; ;
- расстояние между опорами
; ;
;2.2. Соотношение размеров и схемы нагружения образцов показаны на черт.1-4. При этом рекомендуются следующие размеры образцов:
тип 1 ширина не менее 50 мм;
тип 2 диаметр не менее 12 мм;
тип 3 толщина не менее 20 мм;
тип 4 толщина не менее 10 мм.
В образцах типов 1 и 2 форму и размеры частей, служащих для крепления и нагружения, определяют после выбора конструкции захватов. Размер назначают в зависимости от способа изготовления надреза и крепления образца так, чтобы он не разрушился в захватах.
2. Рекомендации по выбору образцов приведены в приложении 5.
2.3. Инициирующий надрез в образце типа 2 показан на черт.2, а в остальных - на черт.5. Ориентация надреза в случае анизотропии механических свойств должна быть одинаковой для всех образцов при данных испытаниях.
Для образцов типа 1 применяют надрезы вариантов 1, 2, 3 (черт.5), для образцов типов 3 и 4 вариантов 1 и 2.
Надрез изготовляют с помощью специальных фрез (см. черт.5, варианты 1 и 2) или шлифовального круга (вариант 2), пропиливанием от центрального отверстия (вариант 2) или электроискровым способом (вариант 3). В отдельных случаях допускается комбинировать различные способы. Инициирующий надрез для образца типа 2 изготовляют на токарном станке с последующей шлифовкой.
Примечание. Для уменьшения нагрузки и времени, необходимых для зарождения трещин, можно применять лазерную, электронно-лучевую и другие обработки вершины надреза при условии, что область нарушенного состояния исходного материала у вершины надреза будет меньше длины создаваемой исходной усталостной трещины.
2.4. При вырезке и изготовлении образцов необходимо обеспечить минимальные наклеп, остаточные напряжения, а также изменения структуры и фазового состава в зоне разрушения образца. Окончательную механическую обработку образцов и нанесение исходной усталостной трещины проводят после термической обработки образцов.
2.5. Усталостную трещину наносят таким образом, чтобы контур надреза находился между прямыми, пересекающимися под углом 2 20° - 30° в вершине трещины (черт.5), а разностьЧитайте также: