24.9. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении

Определение таких характеристик производится в соответствии с ГОСТ 25506-85.

Согласно механике разрушения, разрушение элементов конструкций (в том числе сварных) является следствием развития трещин, которые возникли либо при изготовлении деталей, либо во время их эксплуатации из-за воздействия нагрузок или коррозии. Механика разрушения позволяет установить количественную связь между напряжением, размерами трещин и сопротивлением металла стабильному и нестабильному развитию трещин, описать интенсивность поля напряжений в зоне вершины трещины и определить коэффициент интенсивности напряжений К, МПам^1/2 (кгс/мм^3/2).

K  коэффициент интенсивности напряжений, МПам^1/2 (кгс/мм^3/2);

K₁  коэффициент интенсивности напряжений для трещины отрыва, МПам^1/2;

K_1с  критический коэффициент интенсивности напряжений, МПам^1/2 (кгс/мм^3/2);

_с  раскрытие в вершине трещины при максимальной нагрузке, м/мм^3/2.

Испытания проводят на испытательных машинах, метрологические параметры которых соответствуют ГОСТ 28840-90.

Для определения характеристик вязкости разрушения используют образцы четырех типов:

тип 1  плоский прямоугольный образец с центральной трещиной для испытаний на осевое растяжение (рис. 24.30);

тип 2  цилиндрический образец с кольцевой трещиной для испытаний на осевое растяжение (рис. 24.31);

тип 3 – прямоугольный компактный образец с краевой трещиной для испытаний на внецентренное растяжение (рис. 24.32);

тип 4 – плоский прямоугольный образец с краевой трещиной для испытаний на трехточечный изгиб (рис. 24.33).

Вязкость разрушения  критическое значение коэффициента интенсивности напряжений, характеризующее момент начала закритического развития трещины, когда ее длина достигает критической величины.

ГОСТ 25.50685 устанавливает методы механических испытаний, позволяющие определять характеристики вязкости разрушения металлов при статическом кратковременном нагружении на образцах толщиной не менее 1 мм в интервале температур от 269 до 600 С.

Суть метода: для определения вязкости разрушения образцы с предварительно нанесенной усталостной трещиной испытывают с записью диаграмм «нагрузка  смещение» или «нагрузка  прогиб».

Рис. 24.30. Образец плоский, прямоугольный с центральной трещиной (тип 1) для испытаний на осевое растяжение; b  ширина образца, мм; t  толщина образца, мм; L  расстояние между частями образца, служащими для крепления в захватах, мм.

Рис. 24.31. Образец цилиндрический с плоской кольцевой трещиной (тип 2) для испытаний на осевое растяжение; L  расстояние между частями образца, служащими для крепления в захватах; L₁  длина образца, мм; d  диаметр образца, мм; D_к  диаметр образца в месте выточки.

Рис. 24.32. Образец прямоугольный с краевой трещиной (тип 3) для испытаний на внецентренное растяжение.

Тип 4

Рис. 24.33. Образец плоский с краевой трещиной для испытаний на трёхточечный изгиб; L  расстояние между опорами, мм; L₁  длина образца, мм.

Усталостную трещину наносят таким образом, чтобы концентратор нагрузки находился между прямыми, пересекающимися под углом 2030 в вершине трещины. Усталостные трещины в плоских образцах типов 1; 3; 4 наносят при переменном растяжении, а в образцах типа 2 – при круговом изгибе.

Методика испытаний и порядок обработки результатов приведены в ГОСТ 25.50685.