Стереоскопические измерения зоны вытягивания как независимый метод контроля вязкости разрушения металлов
Рассмотрены методы и результаты стереоскопических измерений геометрических параметров
 так называемой "зоны вытягивания” на поверхности разрушения стальных образцов,
 испытанных на трещиностойкость. Установлено, что в температурной области
 хрупких разрушений наблюдается...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2000 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2000
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46320 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Стереоскопические измерения зоны вытягивания как
 независимый метод контроля вязкости разрушения металлов / А.Я. Красовский // Проблемы прочности. — 2000. — № 5. — С. 106-111. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860076457483567104 |
|---|---|
| author | Красовский, А.Я. |
| author_facet | Красовский, А.Я. |
| citation_txt | Стереоскопические измерения зоны вытягивания как
 независимый метод контроля вязкости разрушения металлов / А.Я. Красовский // Проблемы прочности. — 2000. — № 5. — С. 106-111. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Рассмотрены методы и результаты стереоскопических измерений геометрических параметров
так называемой "зоны вытягивания” на поверхности разрушения стальных образцов,
испытанных на трещиностойкость. Установлено, что в температурной области
хрупких разрушений наблюдается линейная корреляция между высотой зоны вытягивания и
трещиностойкостью. Перечислены основные уникальные свойства зоны вытягивания. Показано,
что статистическое рассеяние результатов измерений геометрических параметров
зоны вытягивания сопоставимо и даже ниже рассеяния результатов определения тре-
щиностойкости сталей стандартными методами.
Розглянуто методи і результати стереоскопічних вимірювань геометричних
параметрів так званої “зони витягування“ на поверхні руйнування
стальних зразків, які випробувались на тріщиностійкість. Встановлено, що в
температурній області крихких руйнувань спостерігається лінійна кореляція
між висотою зони витягування і тріщиностійкістю. Перелічено основні унікальні
властивості зони витягування. Показано, що статистичний розбіг
результатів вимірювань геометричних параметрів зони витягування зіставляється
і навіть нижче, ніж розбіг результатів визначення тріщиностійкості
сталей стандартними методами.
We discuss methods and results of stereoscopic
measurements of geometrical parameters of the
so-called “stretch zone” on the fracture surface
of steel specimens subjected to the crack
propagation resistance tests. It is established
that in the temperature range of brittle fracture
there is a linear correlation between the height
of the stretch zone and the crack propagation
resistance. We present the basic unique
properties of the stretch zone. It is shown that
statistical discrepancy of results of
measurements of geometrical parameters of the
stretch zone are of the same order or even
lower than the discrepancy of results of
determination of the crack propagation
resistance of steels by the standard methods.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:13:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.375
С тереоскопические изм ерения зоны вы тягивания как
независимый метод контроля вязкости разрушения металлов
А. Я . Красовский
Институт проблем прочности НАН Украины, Киев, Украина
Рассмотрены методы и результаты стереоскопических измерений геометрических пара
метров так называемой "зоны вытягивания” на поверхности разрушения стальных образ
цов, испытанных на трещиностойкость. Установлено, что в температурной области
хрупких разрушений наблюдается линейная корреляция между высотой зоны вытягивания и
трещиностойкостью. Перечислены основные уникальные свойства зоны вытягивания. По
казано, что статистическое рассеяние результатов измерений геометрических параметров
зоны вытягивания сопоставимо и даже ниже рассеяния результатов определения тре-
щиностойкости сталей стандартными методами.
Современные методы фрактографии получили широкое распростра
нение при исследовании механизмов разрушения конструкционных мате
риалов, при экспертизе причин непредвиденных разрушений элементов
конструкций [1]. Информация количественного и качественного характера,
извлекаемая с помощью этих методов с поверхности разрушения, подчас
имеет уникальный характер, так как она недоступна другим методам. Одной
из характерных особенностей поверхности разрушения, поддающихся коли
чественному описанию, является так называемая зона вытягивания [2 ].
Зону вытягивания на поверхности излома принято связывать с про
цессом пластического затупления вершины трещины и с началом ее роста
при монотонном подъеме нагрузки на образец или деталь. Так как этот
процесс сопровождается пластическим раскрытием трещины, ожидается,
что геометрические параметры зоны вытягивания могут коррелировать с
вязкостью разрушения материала [2-4]. Среди других методов измерения
вязкости разрушения металла зона вытягивания как объект исследования
обладает рядом уникальных свойств, основные из которых следующие:
• возможность оценки трещиностойкости материала в любое время
после завершения процесса разрушения;
• способность прямого измерения остаточного критического раскрытия
трещины по фактическому моменту ее старта;
• доступность для измерения любого профиля зоны вытягивания, не
зависимо от его расположения вдоль фронта трещины (это особенно важно
при исследовании неоднородных материалов, сварных швов и т.п.);
• возможность дополнительной оценки вязкости разрушения матери
ала, независимо от других используемых методов ее измерения.
В наших исследованиях используются в основном два метода стерео
скопического измерения геометрических размеров зоны вытягивания:
• построением профиля зоны вытягивания на одной поверхности раз
рушения [3, 5];
• построением сопряженных профилей противоположных поверхнос
тей изломов [6, 8].
© А. Я. КРАСОВСКИЙ, 2000
106 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 5
Стереоскопические измерения зоны вытягивания
Исследования проводили на изломах стандартных образцов для опре
деления статической и динамической трещиностойкости. При этом исполь
зовали сталь15Х2НМФА различной термообработки [3, 4], теплостойкую
сталь С8К 15313 чешского производства [7, 8] и малоуглеродистую сталь
(0,05%С) [9]. Толщина образцов изменялась в интервале 3_300 мм.
Изучены диапазоны температур 77_293К и скоростей нагружения К 1
(10- 2 ...106 МПал/м с-1 ) - рис. 1.
к , w, мкм
Рис. 1. Температурная зависимость параметров зоны вытягивания для сталей 15Х2НМФА
(оболочка) - 1, 2 ; С$К 15313 - 3; малоуглеродистой - 4, 5; 15Х2НМФА (плита) - 6, 7: 1, 4, 5,
6, 7 - статическое нагружение; 2, 3 - динамическое нагружение. (Сплошные и штриховые
линии - соответственно высота к и ширина w зоны вытягивания.)
Методика исследований включала съемку стереоскопических пар сним
ков в сканирующем электронном микроскопе и их последующее измерение
в прецизионном стереокомпараторе с соблюдением рекомендаций фото
грамметрии [5, 7].
Измерения профиля зоны вытягивания с помощью первого из выше
названных методов показали существенное рассеяние результатов, связан
ное в первую очередь с неравномерностью ширины w и высоты к зоны
вдоль фронта трещины. В этом случае путем увеличения количества изме
рений на одном и том же образце, но в разных точках фронта трещины,
оценивали среднее значение высоты к зоны вытягивания. Применяя далее
небесспорное предположение о симметричном развитии зоны вытягивания
по обе стороны от плоскости трещины, измеренное среднее значение вы
соты зоны вытягивания удваивали (2к) для получения величины раскрытия
трещины. Затем эту величину сопоставляли с вязкостью разрушения мате
риала, полученной стандартными методами.
При использовании второго метода (совмещение сопряженных профи
лей) важное значение имеет обнаружение и идентификация на противо
положных поверхностях излома соответственных точек, через которые про
ходит линия промера противоположных профилей зоны вытягивания.
188Ы 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, N 5 107
А. Я. Красовский
Обычно хорошие результаты можно получить при наличии на поверхности
разрушения расколотых частиц хрупкой фазы или неметаллических вклю
чений. Результаты измерения зоны вытягивания по этому методу пока
зывают существенно меньшее рассеяние в сравнении с первым методом.
Отметим сначала основные результаты, которые подтверждаются при
использовании обоих методов.
1. В области температур, где перед разрушением образца не наблю
дается докритический рост трещины, установлена корреляция между вы
сотой зоны вытягивания и характеристиками трещиностойкости сталей при
статическом и динамическом нагружении (рис. 2). Сопоставление проведено
в соответствии с формулой
где величина К 1с(^) определена при соблюдении условий плоской дефор
мации как при статическом, так и при динамическом нагружении (по
следнему соответствует индекс ^). Полученные значения коэффициента
пропорциональности а для всех материалов и условий нагружения нахо
дятся в пределах 0,56...1,15, что не выходит за пределы теоретических,
численных и экспериментальных оценок этой величины [10]. Такой ре
зультат можно рассматривать как свидетельство приемлемости метода опре
деления вязкости разрушения материалов по измерению высоты зоны вытя
гивания наряду с другими методами.
наблюдается докритический устойчивый рост трещины, при статическом (1, 2, 4) и дина
мическом (3, 5) нагружении: 1 - сталь 15Х2НМФА (плита); 2, 3 - 15Х2НМФА (оболочка); 4,
5 - сталь СБЫ 15313.
д с = 2Н = а (1)
2Н, мкм
300 ----- X
* - 1 X
о 100 200 300 К £ / (о 0,2Е ), мкм
Рис. 2. Связь между 2Н и К ^ / (Оо 2Е ) в области температур, где перед разрушением не
200
100
X
108 1&$М 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 5
Стереоскопические измерения зоны вытягивания
2. В области температур вязкого разрушения, где наблюдался докри-
тический рост трещины, корреляция, выраженная формулой (1), наруша
ется. Все выполненные измерения зоны вытягивания показывают, что фак
тический старт трещины происходит значительно раньше, чем это пред
сказывают стандартные методы измерения J 1с или ^-кривых, но суще
ственно позже, чем это предсказывают рекомендации по определению рас
четной нагрузки Р д по правилу 5%-ной секущей в стандарте по опре
делению К 1с. Следовательно, при вязких разрушениях величина К д ха
рактеризует условия развития пластической зоны в вершине трещины, но не
собственно процесс разрушения. С другой стороны, оценка вязкости раз
рушения материалов по фактическому старту трещины, т.е. по высоте зоны
вытягивания, дает существенно консервативные ее значения в сравнении с
таковыми, определяемыми по стандартам для J 1с или ^-кривых.
3. В интервале толщины образцов от 10 до 300 мм при комнатной
температуре установлена инвариантность ширины и высоты зоны вытя
гивания к толщине образца (сталь 15Х2НМФА). Так как в данных условиях
наблюдались как типично вязкие разрушения с нелинейными диаграммами
нагружения (малые образцы), так и типично хрупкие разрушения с линей
ными диаграммами нагружения (образцы толщиной 300 мм), этот факт
говорит о приемлемости использования величины 2Н, а, следовательно, и
величины д с в качестве критерия разрушения как в упругой, так и в
упругопластической области.
4. В широком интервале температур для всех материалов установлена
линейная корреляция между высотой и шириной зоны вытягивания. Лишь в
области хрупких разрушений наблюдается тенденция к нарушению этой
корреляции. Например, при —1960С можно определить высоту зоны вы
тягивания, но не обнаруживается ее ширина. Это можно связать с харак
тером начальных этапов развития пластической зоны в вершине трещины:
вначале веера зоны развиваются перпендикулярно плоскости трещины, в
связи с чем смещения берегов у вершины трещины в этом направлении
преобладают.
В то же время измерения зоны вытягивания методом наложения ее
противоположных сопряженных профилей позволили установить ряд осо
бенностей, что определяет его преимущества.
1. Геометрические размеры зоны вытягивания у всех изученных сталей
при ее наблюдении на одной из двух поверхностей разрушения зависят от
расположения измеряемого профиля зоны по фронту трещины. Такие изме
рения обычно показывают существенное рассеяние результатов. В то же
время сопоставление (наложение) двух противоположных сопряженных
профилей всегда дает близкие результаты независимо от положения изме
ряемых профилей вдоль фронта трещины.
2. Метод наложения сопряженных профилей позволил установить, что
направление роста трещины при ее старте всегда отклоняется от направ
ления магистрального развития трещины, предписанного конструкцией
образца и схемой его нагружения. Сделан вывод о том, что старт трещины
происходит в один из двух вееров пластической зоны вдоль траектории
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 5 109
А. Я. Красовский
максимальной поврежденности материала пластическими деформациями. В
связи с этим, как правило, на противоположных поверхностях излома не
наблюдается зеркально-симметричных профилей зоны вытягивания.
Выполненные исследования геометрических характеристик зоны вы
тягивания подтвердили эффективность применения этого метода в развитии
различных направлений механики разрушения материалов и элементов кон
струкций, например, в случае установления фактического момента старта
трещины при измерении вязкости разрушения материалов; при экспертизе
причин выхода из строя элементов конструкций; при измерении вязкости
разрушения материалов в тех случаях, когда применение других методов
затруднено, в частности при очень высоких скоростях нагружения.
м/с
К 1; МПал/ме-1
Рис. 3. Зависимость вязкости разрушения углеродистой стали от скорости удара (у) и
скорости нагружения (Кг): 1 - значения К ы по данным механических испытаний; 2 - по
данным стереофрактографических измерений раскрытия трещины, пересчитанных по фор
муле (1) в К и .
На рис. 3 представлены данные оценки трещиностойкости углеро
дистой стали (0,45%С) в интервале высоких скоростей соударений бойка с
мишенью [11]. В области скоростей, где удавалось получить оценку вяз
кости разрушения материала обычными методами механики разрушения,
измерения зоны вытягивания показали удовлетворительное согласование с
такими оценками. В то же время эти измерения дали возможность оценить
трещиностойкость материала и при скоростях соударения, больших 300 м/с.
Р е з ю м е
Розглянуто методи і результати стереоскопічних вимірювань геометрич
них параметрів так званої “зони витягування“ на поверхні руйнування
стальних зразків, які випробувались на тріщиностійкість. Встановлено, що в
температурній області крихких руйнувань спостерігається лінійна кореляція
між висотою зони витягування і тріщиностійкістю. Перелічено основні уні
кальні властивості зони витягування. Показано, що статистичний розбіг
110 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 5
Стереоскопические измерения зоны вытягивания
результатів вимірювань геометричних параметрів зони витягування зістав
ляється і навіть нижче, ніж розбіг результатів визначення тріщиностійкості
сталей стандартними методами.
1. K ra so w sk y A . Advanced SEM methods in fatigue and fracture research //
Kovove Materialy. - 1998. - 36. - P. 193 - 199.
2. S p itz ig W. A . Correlation between fractographic features and plane-strain
fracture tonghness in an ultrahigh-strength steel // Electron Microfracto-
graphie, ASTM STP N453. - Philadelphia. - 1969. - P. 96 - 110.
3. K ra so w sk y A . J. a n d V a in sh to k V. A . On a relationship betwen stretched
zone parameters and fracture tonghness of ductile structural steels // Int. J.
Fracture. - 1981. - 17. - P. 579 - 592.
4. K ra so w sk y A . J., K a sh ta ly a n Yu. A ., a n d K ra s ik o V. N . Brittle-to-ductile
transition in steels and the critical transition temperature // Ibid. - 1983. -
23. - P. 297 - 315.
5. К р а с о в с к и й А . Я ., В а й н ш т о к В. А ., Н а д е ж д и н Г . H ., С т е п а н ен к о В. А .
Применение стереоскопической фрактографии для анализа сопротив
ления развитию трещин // Пробл. прочности. - 1978. - № 11. - C. 101 -
108.
6 . К р а с о в с к и й А . Я ., С т е п а н ен к о В. А . Распространение трещин уста
лости в никеле по результатам количественной стереоскопической
фрактографии // Там же. - 1978. - № 11. - C. 86 - 94.
7. K ra so w sk y A . J ., K ra s ik o V. N ., S h tu k a tu ro v a A . S., e t al. Vztah lomove
houzevnatosti a kritickeho otevreni trlini pri dynamickem zatezovani //
Zvaranie. - 1982. - N 11. - P. 322 - 326.
8 . Б и л е к ( . , Х о лъ ц м а н М ., В л а х Б. и др. Динамическая трещиностойкость
стали CSN 15313 // Пробл. прочности. - 1984. - № 1. - C. 90 - 95.
9. К р а с о в с к и й А . Я ., В а й н ш т о к В. А ., И щ е н к о Д . А . Применение ко
личественного анализа структуры изломов для оценки трещиностой-
кости малоуглеродистой стали // Физ.-хим. механика материалов. -
1979. - 15. - № 6 . - C. 60 - 63.
10. К р а с о в с к и й А . Я . Хрупкость металлов при низких температурах. -
Киев: Наук. думка, 1980. - 340 c.
11. К р а с о в с к и й А . Я ., М а к о в е й В. А ., Н а д е ж д и н Г . Н . и др. Анализ
скоростной зависимости вязкости разрушения при импульсном на
гружении стали 40Х // Пробл. прочности. - 1988. - № 2. - C. 3 - 8.
Поступила 29. 06. 2000
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2000, № 5 111
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46320 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:13:55Z |
| publishDate | 2000 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Красовский, А.Я. 2013-06-29T13:29:25Z 2013-06-29T13:29:25Z 2000 Стереоскопические измерения зоны вытягивания как
 независимый метод контроля вязкости разрушения металлов / А.Я. Красовский // Проблемы прочности. — 2000. — № 5. — С. 106-111. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46320 539.375 Рассмотрены методы и результаты стереоскопических измерений геометрических параметров
 так называемой "зоны вытягивания” на поверхности разрушения стальных образцов,
 испытанных на трещиностойкость. Установлено, что в температурной области
 хрупких разрушений наблюдается линейная корреляция между высотой зоны вытягивания и
 трещиностойкостью. Перечислены основные уникальные свойства зоны вытягивания. Показано,
 что статистическое рассеяние результатов измерений геометрических параметров
 зоны вытягивания сопоставимо и даже ниже рассеяния результатов определения тре-
 щиностойкости сталей стандартными методами. Розглянуто методи і результати стереоскопічних вимірювань геометричних
 параметрів так званої “зони витягування“ на поверхні руйнування
 стальних зразків, які випробувались на тріщиностійкість. Встановлено, що в
 температурній області крихких руйнувань спостерігається лінійна кореляція
 між висотою зони витягування і тріщиностійкістю. Перелічено основні унікальні
 властивості зони витягування. Показано, що статистичний розбіг
 результатів вимірювань геометричних параметрів зони витягування зіставляється
 і навіть нижче, ніж розбіг результатів визначення тріщиностійкості
 сталей стандартними методами. We discuss methods and results of stereoscopic
 measurements of geometrical parameters of the
 so-called “stretch zone” on the fracture surface
 of steel specimens subjected to the crack
 propagation resistance tests. It is established
 that in the temperature range of brittle fracture
 there is a linear correlation between the height
 of the stretch zone and the crack propagation
 resistance. We present the basic unique
 properties of the stretch zone. It is shown that
 statistical discrepancy of results of
 measurements of geometrical parameters of the
 stretch zone are of the same order or even
 lower than the discrepancy of results of
 determination of the crack propagation
 resistance of steels by the standard methods. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Стереоскопические измерения зоны вытягивания как независимый метод контроля вязкости разрушения металлов Stereoscopic Measurements of the Stretch Zone as an Independent Method of Control for the Fracture Toughness of Metals Article published earlier |
| spellingShingle | Стереоскопические измерения зоны вытягивания как независимый метод контроля вязкости разрушения металлов Красовский, А.Я. Научно-технический раздел |
| title | Стереоскопические измерения зоны вытягивания как независимый метод контроля вязкости разрушения металлов |
| title_alt | Stereoscopic Measurements of the Stretch Zone as an Independent Method of Control for the Fracture Toughness of Metals |
| title_full | Стереоскопические измерения зоны вытягивания как независимый метод контроля вязкости разрушения металлов |
| title_fullStr | Стереоскопические измерения зоны вытягивания как независимый метод контроля вязкости разрушения металлов |
| title_full_unstemmed | Стереоскопические измерения зоны вытягивания как независимый метод контроля вязкости разрушения металлов |
| title_short | Стереоскопические измерения зоны вытягивания как независимый метод контроля вязкости разрушения металлов |
| title_sort | стереоскопические измерения зоны вытягивания как независимый метод контроля вязкости разрушения металлов |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46320 |
| work_keys_str_mv | AT krasovskiiaâ stereoskopičeskieizmereniâzonyvytâgivaniâkaknezavisimyimetodkontrolâvâzkostirazrušeniâmetallov AT krasovskiiaâ stereoscopicmeasurementsofthestretchzoneasanindependentmethodofcontrolforthefracturetoughnessofmetals |