Моделирование кривой усталости для сплава Д16Т на основе

УДК 621.7/.9 (06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
В.И. СУРИН, С.Б. ОБОРИН, Т.Н. ЗОРИНА
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИВОЙ УСТАЛОСТИ
ДЛЯ СПЛАВА Д16Т НА ОСНОВЕ
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
Представлены результаты исследования усталостных повреждений сплава Д16Т методом контактной разности потенциалов (КРП). Моделирование кривой усталости производилось по двум структурно-чувствительным параметрам–
условной мощности электрического сигнала W (или квадрату амплитуды КРП) и числу гармоник в спектре контактной
разности потенциалов N. Для указанных параметров определены граничные значения для трех стадий усталостных повреждений: начальной стадии структурных повреждений, стадии стабилизации усталостных повреждений и стадии длительного циклирования.
Работы по изучению физических механизмов процесса усталости и разрушения металлов и сплавов активно проводятся во всем мире на протяжении многих десятилетий. При этом широко применяются методы
неразрушающего контроля, в том числе электрофизические методы, основанные на регистрации изменений
поверхностного электрического потенциала. В этом смысле весьма привлекательна идея использования
электрофизических параметров, измеряемых непосредственно при проведении усталостных испытаний, для
моделирования усталостной кривой и прогнозирования времени до разрушения образца.
Нами разработана информационно–измерительная система (ИИС) для обнаружения усталостных трещин
в плоских металлических образцах. В основе разработанной ИИС лежит принцип комплексного методологического подхода для решения материаловедческих задач при исследовании усталостных повреждений в
металлических материалах [1].
При исследовании закономерностей образования усталостных повреждений на стадиях циклического
деформирования использовалась гипотеза о волновом характере поверхностной деформации [2]. Стадии
накопления усталостных повреждений в сплаве Д16Т исследовались с помощью разработанного метода
КРП– спектрометрии [3]. Усталостные испытания проводили по схеме жесткого нагружения образца. Погрешность поддержания деформации при частоте нагружения 0,2 Гц не превышала ±2%. Форма цикла была
близка к синусоидальной с коэффициентом асимметрии примерно равным нулю.
Опираясь на результаты распределения поверхностного потенциала в области действия максимальных
изгибных напряжений в пластине, установлено, что для данной области характерно образование существенно неоднородной поверхностной деформации. Для сравнения степени неоднородности деформации, по регистрируемым значениям КРП, были выбраны два тестируемых участка пластины: один в области действия
максимальных изгибных напряжений, другой – удаленный на значительном расстоянии от данной области.
Значения КРП для двух сравниваемых участков отличались более чем в четыре раза.
Методом гармонического анализа исследованы амплитудно- временные зависимости контактной разности потенциалов для различных интервалов циклирования. Анализ полученных результатов показывает
наличие трех стадий накопления усталостных повреждений, которые соответствуют трем стадиям классической усталости для металлов и сплавов. На стадии начальных накоплений усталостных повреждений при
числе циклов нагружения от нуля до 103 наблюдается значительное уменьшение амплитуды КРП, более чем
на два порядка. Число гармоник в спектре сигнала при этом уменьшается от 5·103 до 3·103 .
На стадии циклической микротекучести в интервале 10 3– 104 циклов на моделируемой кривой усталости
(для параметра электрической мощности) появляется горизонтальный участок, для которого характерно незначительное изменение величины W. Особенностью данной стадии испытаний является упрочнение поверхностного слоя и увеличение в нем плотности дислокаций.
При длительном циклировании (более 105 циклов) происходит дальнейшее снижение предела усталости
материала. На этой стадии у концентраторов напряжений формируются дислокационные скопления и локальные зоны пластической деформации, при этом отмечается существенное уменьшение параметра W –
более чем на пять порядков, а также троекратное уменьшение числа гармоник N.
Список литературы
1. Евстюхин Н.А., Сурин В.И. Возможности использования результатов измерений наведенной деформацией эдс для исследования
механических свойств металлов и сплавов// Материалы XVI научно–технической конференции с участием зарубежных специалистов.
Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. 2004, с.12–13.
2. Сурин В.И., Евстюхин Н.А., Чебурков В.И. Особенности поверхностной деформации материалов// Сб. научных трудов. Научная сессия МИФИ-2005. М.: МИФИ, 2005, т.9, с.90–91.
3. Сурин В.И., Евстюхин Н.А., Чебурков В.И., Оборин С.Б. Метод обработки спектров контактной разности потенциалов//, там же,
с.107–108.
ISBN 9785-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 4
1