Испытание образцов с предварительно нанесенной трещиной

4.4. Испытание образцов с предварительно нанесенной трещиной

4.4.1. Использование образцов с надрезами при испытаниях на КР дает стабильную воспроизводимость результатов благодаря легкости измерения таких параметров, как скорость роста трещин, когда положение трещины предварительно определено. При испытаниях гладких образцов в идентичных условиях растрескивания не наблюдается. Исследования в области механики хрупкого разрушения привели к эволюции новой области испытания на КР на основе использования образцов, имеющих острую, предварительно нанесенную трещину, обычно получаемую от надреза путем усталостного нагружения.

Примечание. Определение в процессе испытаний значений коэффициента интенсивности напряжений К₁,который определяет область напряжений вблизи вершины трещины, имеет большое практическое значение, особенно для материалов с высоким пределом текучести, поскольку изделия часто имеют трещины, появляющиеся в процессе их изготовления или эксплуатации. По величине коэффициента интенсивности напряжений может быть оценена вероятность и предельная степень распространения трещины, что позволит сделать выводы о возможности дальнейшей эксплуатации изделия.

4.4.2. Трудности при выборе гладких образцов для оценки сопротивления КР аналогичны трудностям при выборе образцов с предварительно нанесенной трещиной из-за большого количества типов таких образцов. Стойкость к КР образцов различных размеров и форм связывается через коэффициент интенсивности напряжения, что позволяет сопоставлять результаты испытаний.

Наибольшие трудности связаны с необходимостью выбора образцов больших размеров из высокопластичных металлов. Эксплуатационные разрушения при КР наиболее часто происходят в высокопластичных материалах в относительно тонких сечениях, что приводит к определенным проблемам при выборе образцов. Образцы с предварительно нанесенными трещинами, размеры которых не соответствуют требованиям линейного упругого анализа, следует применять в тех случаях, когда результаты испытаний используют для изделий таких же размеров и аналогичных условий эксплуатации.

4.4.3. Исходя из линейной механики разрушения, можно найти примеры, где использование образцов с предварительно нанесенными трещинами для моделирования условий эксплуатации оправдано той относительной легкостью, с которой зарождаются трещины при развитии коррозионного процесса, или преимуществами, которые могут быть получены от распространения одной единственной трещины.

Примечание. Не всегда справедливы утверждения, что использование указанных образцов исключает начальную стадию развития трещин, так как они ошибочно связываются с влиянием коррозионного питтинга, приводящего к концентрации напряжения, соизмеримой с концентрацией напряжений в вершине предварительно нанесенной трещины.

Размеры и форма питтинга, надреза или предварительно нанесенной трещины, распределение напряжений при испытаниях важны при рассмотрении влияния электрохимических факторов. Это объясняется тем, что при нарушении непрерывности геометрического контура создаются локализованные электрохимические условия в части состава среды или электродного потенциала, благодаря которым возможно распространение коррозионных трещин.

Возражения, которые иногда выдвигались против использования образцов с предварительно нанесенными трещинами (например, в отношении правомерности выращивания транскристаллитной предварительной трещины в образце, который подвергается межкристаллитному коррозионному растрескиванию, или в отношении необходимости проведения дорогостоящих экспериментов для получения очень острых трещин, в то время как воздействие коррозионной среды может притупить трещину растворением), не учитывают того, что такие острые несплошности существуют в реальных материалах. Одно из главных преимуществ испытания образцов с предварительно нанесенными трещинами в том, что оно позволяет получить данные, на основе которых рассчитываются максимально допустимые размеры дефекта в конструкциях. Следует учитывать, что существует нижний предел размера дефектов и верхний предел приложенных напряжений, за пределами которых применение законов линейной механики разрушения неправомерно. В частности, результаты испытаний при размерах дефектов ниже 0,1 мм или когда величина локального напряжения достигает предела текучести, могут быть не очень надежными, как и расчеты максимальных размеров допустимого дефекта.

4.4.4. Если используют образцы с предварительно нанесенными трещинами и в данных различных лабораторий имеются расхождения, то для определения К_Iкрприменяют метод возрастающей нагрузки.

Примечание. При ступенчатом и прямом нагружениях наблюдалось хорошее согласование результатов испытаний, однако была отмечена также их зависимость от скорости ступенчатого нагружения.

4.4.5. Если трещина распространилась на определенное расстояние, то испытание на гладком образце становится неотличимым от испытания, в котором растрескивание зарождается от предварительно полученной трещины, - по крайней мере, в отношении К_Iкр, хотя может наблюдаться влияние электрохимических факторов.

4.4.6. При вычислении перед проведением испытания длины исходной предварительно нанесенной усталостной трещины учитывают, что трещина может иметь кривизну и максимальная длина трещины может быть больше измеренной на поверхности образца.

Источник: ГОСТ 9.901.1-89: Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Общие требования к методам испытаний на коррозионное растрескивание оригинал документа