Автомодельные закономерности разрушения металлов при гигацикловом нагружении

М.В. Банников1, В.А. Оборин2, О.Б. Наймарк2*
1ИМСС УрО РАН, 614013 Россия, г. Пермь, ул. Академика Королева, 1
2ИМСС УрО РАН, 614013, Россия, Пермь, ул. Академика Королева, 1.
Аннотация
Закономерности разрушения перспективных материалов авиационного моторостроения (сплав алюминия АМг6, технический титан марки Grade-4 и титановый сплав ВТ-6) исследуются в условиях много- и гигацикловой усталости, в том числе, с учетом влияния предварительного динамического нагружения на усталостную долговечность. Приведены теоретические представления о кинетике роста усталостной трещины в гигацикловом режиме нагружения на основе неполной автомодельности. Образцы из титана марки Grade-4 исследовались в трех состояниях: в исходном (средний размер зерна 25мкм) и двух субмикрокристаллических (средний размер зерна 150-200 нм) (УМЗ-1) и (УМЗ-2), полученных методом равноканального углового прессования в различных условиях. Образцы подвергались усталостным испытаниям на резонансной усталостной машине Shimadzu USF-2000 в режиме гигацикловой усталости и сервогидравлической испытательной машине Biss bi-00-100 в режиме многоцикловой усталости. Предварительное деформирование сплава АМг6 осуществлялось на разрезном стержне Гопкинсона - Кольского. Установлено увеличение усталостной прочности титановых сплавов с уменьшением размеров зерен и значительное уменьшение усталостной прочности при гигацикловой усталости для предварительно деформированных образцов сплава алюминия. Стадии зарождения и распространения усталостной трещины в режимах много- и гигацикловой усталости анализировались по данным количественной профилометрии поверхностей разрушения. Описание характерных стадий перехода от дисперсного к макроскопическому разрушению, включая зарождение и развитие трещин, является основой для оценки временного ресурса изделий в условиях усталости. Установлена масштабная инвариантность рельефа поверхности разрушения, которая позволила предложить объяснение автомодельного характера роста трещины в условиях много- и гигацикловой усталости.
Получена: 03 июня 2015   Исправлена: 05 октября 2015   Принята: 10 ноября 2015
Просмотры: 94   Загрузки: 26
Ссылки
1.
L.R. Botvina. Fracture: Kinetics, Mechanisms, GeneralLaws. Moscow , Nauka. (2008) 334 p. (in Russian) [Л. Р.Ботвина. Разрушение: кинетика, механизмы, общиезакономерности. Москва, Наука. 2008. 334 с.]
2.
J. O. Peters. Eng. Fract. Mech. 67, 193-207 (2000).
3.
P. Paris, D. Lados, H. Tad. Engineering FractureMechanics. 75, 299–3052 (2008).
4.
G.I. Barenblatt . Int.J. of Fracture. 138, 19–35 (2006).
5.
R.O. Ritchie. Int. J. of Fracture. 132, 197–203 (2005).
6.
M. Ciavarella, M. Paggi, A. Carpinteri J.Mech.Phys.Solids56(2008)3416–3432.
7.
Oborin V.A. Bannikov M.V. Naimark O.B.Palin-Luc T.,Technical Physics Letters, 36 (11), 1061-1063 (2010).
8.
C. Bathias, P. C. Paris. Gigacycle Fatigue in MechanicalPractice . Marcel, Dekker Publisher Co. (2005) 328 p.
9.
H. Mughrabi. Int. J. Fatigue. 28, 1501-1508 (2006).
10.
E. Bouchaud. J. Phys. Condens. Matter. 9, 4319– 4344(1997).
11.
C. Froustey, O. Naimark, M. Bannikov, V.Oborin.European Journal of Mechanics A/Solids. 29, 1008-1014(2010).
12.
M. Bannikov, V. Oborin, O. Naimark, and C. Froustey,Technical Physics Letters.37( 3), 241–243 (2011).
13.
Froustey C., Naimark O., Bannikov M., Oborin V. /European Journal of Mechanics A/Solids. 29, 1008-1014,(2010).