Việc thử nghiệm xỏc định giới hạn mỏi của vật liệu làm TBX và KGCH đầu
mỏy D19E được tiến hành theo Tiờu chuẩn Việt Nam TCVN 4169 – 85 ”Kim loại
– Phương phỏp thử mỏi nhiều chu trỡnh và ớt chu trỡnh”
Tiờu chuẩn quy định cỏc phương phỏp thử mỏi kim loại: Khi kộo – nộn; uốn và xoắn. Trong cỏc chu trỡnh ứng suất hoặc biến dạng đối xứng và khụng đối xứng, thay đổi theo qui luật tuần hoàn đơn giản với cỏc thụng số khụng thay đổi;
Thử nghiệm khi cú hoặc khụng cú tập trung ứng suất, ở nhiệt độ và độẩm bỡnh thường trong phũng, trong miền đàn hồi và đàn hồi dẻo với chu trỡnh lớn và nhỏ.
Tiến hành thử mỏi nhiều chu trỡnh: Thử mẫu phải tiến hành liờn tục cho tới khi sinh vết nứt cú độ lớn đó định hoặc đứt gẫy hoàn toàn hoặc đạt số chu trỡnh cơ sở, chỉ
tiờu chủ yếu của sự phỏ huỷ khi xỏc định giới hạn mỏi và lập đường cong mỏi là sự đứt gẫy hoàn toàn hoặc sự xuất hiện vết nứt thấy được cú độ dài 0,5 ữ 1 mm.
3.2.2. Thử nghiệm xỏc định tốc độ lan truyền vết nứt và độ dai phỏ huỷ
Việc thử nghiệm xỏc định tốc độ lan truyền vết nứt mỏi và độ dai phỏ huỷ
của vật liệu làm TBX và KGCH đầu mỏy D19E được tiến hành cựng một quỏ trỡnh thử nghiệm trờn cựng một mẫụ Quỏ trỡnh thử nghiệm xỏc định tốc độ lan truyền vết nứt mỏi được tiến hành trước và coi đú như là quỏ trỡnh kiến tạo vết nứt mỏi để
thử nghiệm xỏc định độ dai phỏ huỷ vật liệu của quỏ trỡnh thử nghiệm saụ
3.2.2.1. Tiờu chuẩn thử nghiệm
Việc thử nghiệm xỏc định tốc độ lan truyền vết nứt mỏi và độ dai phỏ huỷ
của vật liệu làm TBX và KGCH đầu mỏy D19E được tiến hành theo tiờu chuẩn ASTM E647 - 00 (Phương phỏp tiờu chuẩn xỏc tốc độ lan truyền vết nứt mỏi) [33]
và tiờu chuẩn ASTM E 399 – 90 (Phương phỏp tiờu chuẩn xỏc định độ dai phỏ huỷ
biến dạng phẳng của vật liệu kim loại) [32]. Qua nghiờn cứu đó chỳ trọng những
điểm chớnh trong cỏc tiờu chuẩn như sau:
ạ Phạm vi
Phương phỏp này xỏc định độ dai phỏ huỷ biến dạng phẳng của vật liệu kim loại, chi tiết. Đồng thời phương phỏp này cũng dựng xỏc định tỷ số bền RSX, tỷ
số bền là hàm số của tải lớn nhất mà mẫu cú thể chịu được.
b. Đặc điểm
phỏ huỷ với mẫu vật đú tạo sẵn vết nứt định hướng cho thử kộọ KIC là đại diện độ
dai phỏ huỷ thấp nhất của vật liệụ Giỏ trị này cú thểđược sử dụng đểđỏnh giỏ mối liờn hệ giữa phỏ huỷ do ứng suất và kớch cỡ của vết nứt trong vật liệụ
KIC đưa ra đối với vật liệu là một hàm của tốc độ thử nghiệm và nhiệt độ. Hơn nữa, tải trọng tuần hoàn cú thể dẫn đến sự mở rộng của vết nứt giỏ trị KI nhỏ
hơn giỏ trị KIC. Mở rộng vết nứt dưới tải trọng tuần hoàn hoặc tải duy trỡ liờn tục sẽ được tăng lờn với tham dự của điều kiện mụi trường.
Thử nghiệm độ dai phỏ huỷđược tiến hành theo tiờu chuẩn, phải đảm bảo những điều kiện trong tiờu chuẩn để xỏc định được giỏ trị KIC hợp lệ.
c. Kớch cỡ, hỡnh dỏng và sự chuẩn bị mẫu
- Kớch cỡ mẫu, để đảm bảo kết quả cú giỏ trị hợp lệ theo tiờu chuẩn thửđũi hỏi cả hai chiều dày mẫu B, và chiều dài vết nứt a phải lớn hơn 2,5 (KIC/σYS)2, trong đú σYS .là giới hạn chảy của vật liệu ở điều kiện nhiệt độ và tải trọng trong quỏ trỡnh thử nghiệm.
- Lựa chọn kớch cỡ mẫu theo tiờu chuẩn
- Hỡnh dỏng của mẫu thử theo tiờu chuẩn đối với cỏc mẫu: Để thử nghiệm xỏc
định tốc độ lan truyền vết nứt mỏi và độ dai phỏ huỷ của vật liệu làm TBX và KGCH căn cứ theo phụi vật liệu, cụng nghệ chế tạo mẫu và thiết bị thớ nghiệm ta chọn loại mẫu ComPact Specimen (mẫu khối hộp chịu kộo) C(T). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Mẫu chuẩn: Chiều dài vết nứt a (tớnh từđiểm bắt đầu hỡnh V đến đường tải tỏc dụng) bằng chiều dày Bm và nằm trong khoảng 0,45 đến 0,55 lần so với chiều rộng Wm. Tỷ số Wm/Bm thụng thường bằng 2 lần, cú thể được sử dụng với những tỷ lệ W/B lớn hơn haị
- Kiến tạo vết nứt mỏi: Thực hiện theo chu trỡnh cho đến khi tạo được vết nứt đỏp ứng được yờu cầu chiều dài vết nứt (toàn bộ chiều dài từđường đặt tải làm bắt đầu xuất hiện vết nứt cộng với vết nứt mỏi) sẽ trong khoảng giữa 0,45 và 0,55 của bề rộng Wm. d. Quy trỡnh thớ nghiệm xỏc định độ bền nứt rạn KIC - Số lượng mẫu thử: Nờn thử nghiệm lặp lại 3 lần đối với mỗi điều kiện của vật liệụ - Gia tải: Đặt tải tĩnh lờn mẫu cho tốc độ tăng lờn từ 30 000 tới 150 000 psịin1/2/phỳt (0,55 ữ 2,75 MPạm1/2/giõy), (0,55 ữ 2,75 MN.m-3/2/giõy). Tốc độ gia tải phự hợp với cường độứng suất đưa ra trong tiờu chuẩn.
- Bỏo cỏo thử nghiệm: Làm bỏo cỏo gồm 1 đồ thị đó được mỏy tự động ghi lạị Độ dốc của phần gión dài khoảng 0,7 tới 1,5, hướng dọc theo trục tung. Lựa chọn sự kết hợp giữa cỏc cảm biến lực và biểu đồ kết quả sao cho lực PQđược xỏc
định với cấp chớnh xỏc ±1%.
ẹ Tớnh toỏn và giải thớch kết quả
- Tớnh toỏn 2.5 (KIC / σys)2, trong đú σYS là giới hạn chảy khi kộo dọc trục mẫu phẳng của vật liệụ Đểđảm bảo kết quả cú giỏ trị như tiờu chuẩn thỡ đũi hỏi cả
hai chiều dày mẫu Bm, và chiều dài vết nứt a phải lớn hơn 2,5 (KIC/σYS)2, khi đú KQ bằng KIC.
3.2.2.2. Kiến tạo vết nứt mỏi khi xỏc định KIC
ạ Khỏi niệm chung
Từ kinh nghiệm đó được chỉ ra rằng để thu được một sự nhạy phỏt sinh vết nứt, mà một rónh khớa hẹp được gia cụng trờn mỏy sẽ tỏi tạo một vết nứt tự nhiờn
đủ tốt cung cấp một KIC làm thỏa món kết quả thử nghiệm. Kỹ xảo cú hiệu quả
nhất cho mục đớch này là một sự tạo rónh khớa hẹp từ đú làm mở rộng một vết nứt mỏi tương đối ngắn, gọi kiến tạo vết nứt mỏị
- Sự kiến tạo vết nứt mỏi được sản sinh bởi chu trỡnh tải với rónh khớa của mẫu với một tỷ lệ của ứng suất cực tiểu với ứng suất lớn nhất giữa - 1 và + 0.1 cho một số chu trỡnh thụng thường giữa khoảng 104 và 106 phụ thuộc vào kớch thước mẫu, sự chuẩn bị, và mức cường độứng suất.
+ Trong thời gian toàn bộ giai đoạn của sự phỏt triển vết nứt mỏi, tỷ lệ của HSCĐUS lớn nhất của chu trỡnh mỏi tới mụ đun đàn hồi của vật liệu, Kmax / E khụng nờn vượt hơn 0,002 in.1/2 ( 0,00032 m1/2). Hơn nữa, Kmax khụng được vượt hơn 60 % của giỏ trị KQ xỏc định trong cỏc thử nghiệm tiếp theọ
b. Quỏ trỡnh kiến tạo vết nứt mỏi
- Giỏ trị ban đầu của tải lớn nhất làm kiến tạo vết nứt mỏi hoặc sự thay đổi cần phải được tớnh toỏn từ K, sựđịnh kớch cỡ và những kớch thước mẫu và vết khớa, nú được gợi ý vỡ rằng tải này được lựa chọn để HSCĐUS lớn nhất trong phần ban
đầu của chu trỡnh mỏi khụng vượt hơn 80 % từ sựđỏnh giỏ giỏ trị KIC của vật liệụ - Khi vết nứt phỏt triển đó gần như đạt đến 97,5 % của chiều dài vết nứt toàn phần, tải lớn nhất được thay đổi thớch hợp, sẽđược giảm bớt để giỏ trị KX nhỏ
hơn 60 % của giỏ trị nhỏ nhất Kt, của vật liệu, Và đồng thời giỏ trị tỷ số Kmax / E sẽ
khụng vượt hơn 0,002 in.1/2 (0,00032 m1/2).
3.2.2.3. Những yờu cầu đặc biệt cho việc thử nghiệm với mẫu khối hộp chịu kộo
ạ Mẫu
Những tỉ lệ chung của hỡnh dạng mẫu này được qui định trong tiờu chuẩn
b.Thiết bị thử nghiệm
- Thiết bị làm cho sự nứt mỏi sẽ phõn phối ứng suất đồng dạng xuyờn qua bề dày mẫụ Phõn phối ứng suất sẽ đối xứng với mặt phẳng tương lai của vết nứt;
với cỏch khỏc vết nứt sẽ đi trệch quỏ mức từ mặt phẳng đú và kết quả thử sẽ bị tỏc
động một cỏch đỏng kể.
- Đồ gỏ thử kộọ Một đồ gỏ thớch hợp bằng sắt nối tải cho sự thử những mẫu (CT) được thể hiện yờu cầu trong tiờu chuẩn [32]
c. Quỏ trỡnh thử nghiệm
- Mẫu được gia tải sao cho tăng lờn của cường độ ứng suất trong phạm vi 30 tới 150 ksi - in1/2 / min (0,55 tới 2,75 MPa - m1/2 /s).
- Những chi tiết liờn quan việc thử nghiệm, cho trong tiờu chuẩn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
d. Tớnh toỏn
- Tớnh toỏn KQ. Cho mẫu kộo trong những đơn vị ksi - in1/2 (MPạm1/2) từ
biểu thức sau: KQ = (PQ/BW1/2).f(a/W) Trong đú: ( ) ( )( ) ( )3/2 4 4 3 3 2 2 / 1 / 6 . 5 / 72 . 14 / 32 . 13 / 64 . 4 886 . 0 / 2 / W a W a W a W a W a W a W a f − − + − + + = PQ - tải đặt lờn mẫu thử nghiệm; B- bề dày của mẫu; W- chiều rộng của mẫu;
a - chiều dài vết nứt trờn mẫu thử nghiệm.
3.3. Chế tạo cỏc mẫu vật liệu thử nghiệm
3.3.1. Chuẩn bị phụi của mẫu vật liệu thử nghiệm
Vật liệu KGCH: Vật liệu dựng để cắt mẫu là tấm đế bệ đỡ giảm chấn trờn
KGCH của đầu mỏy D19E, đó được siờu õm bằng mỏy siờu õm AD 3213 của Nhật
Bản, tại Xớ nghiệp đầu mỏy Hà Nội và xỏc định thành phần hoỏ học trờn mỏy quang phổ phỏt xạ nguyờn tử LAB tại Phũng thớ nghiệm Vật liệu tớnh năng kỹ
thuật cao thuộc Viện Cơ khớ năng lượng và mỏ. Kết quả phõn tớch thầnh phần cỏc nguyờn tố hoỏ học cơ bản cho trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Thầnh phần cỏc nguyờn tố hoỏ học cơ bản của vật liệu đếđỡ giảm chấn
trờn KGCH đầu mỏy D19E
C% Si% Mn% P% S% Cr% Ni% Mo% Cu%
AV 0,1525 0,3623 1,3945 0,0076 0,0181 0,0176 0,0378 0,0234 0,0259
SD ±0,0018 ±0,0024 ±0,0073 ±0,0002 ±0,0003 ±0,0002 ±0,0002 ±0,0003 ±0,0045
RSD 1,0 0,7 0,5 0,9 3,6 0,6 0,6 1,4 6,8
V% Al% Ti% Co% Nb% Sn% W% Zr% Fe%
AV 0,0097 0,0344 0,0120 0,0225 0,0318 0,0080 0,0139 0,0000 97,8281
SD ±0,0003 ±0,0015 ±0,0001 ±0,0006 ±0,0003 ±0,0002 ±0,0018 ±0,0000 ±0,0079
Kết quả thớ nghiệm cho thấy, vật liệu đế đỡ giảm chấn cú thầnh phần hoỏ học tương đương với mỏc thộp 12Mn theo tiờu chuẩn GB-1591-88 của Trung Quốc dựng để chế tạo xà dọc của KGCH đầu mỏy D19E
Vật liệu TBX: Vật liệu này được sưu tập tại Nhà mỏy xe lửa Gia Lõm. Thụng qua cỏc thớ nghiệm như trờn thấy rằng thành phần hoỏ học tương đương với
mỏc thộp chế tạo TBX đầu mỏy D19Ẹ
3.3.2. Mẫu vật liệu thử nghiệm xỏc định cỏc đặc trưng cơ học
Loại mẫu này cú dạng hỡnh trụ trũn, được gia cụng cơ khớ trờn mỏy tiện, bao gồm gia cụng sơ bộ và gia cụng tinh. Kớch thước và yờu cầu kỹ thuật của loại mẫu này được thể hiện trờn hỡnh 3.3
Hỡnh 3.3. Kết cấu và kớch thước mẫu thử nghiệm đặc trưng cơ học.
3.3.3. Mẫu vật liệu thử nghiệm xỏc định giới hạn mỏi
Loại mẫu này cú kớch thước hỡnh trụ trũn, được gia cụng cơ khớ trờn mỏy tiện, mài bao gồm gia cụng sơ bộ và gia cụng tinh. Kớch thước và yờu cầu kỹ thuật của loại mẫu này được thể hiện trờn hỡnh 3.4
Hỡnh 3.4. Kết cấu và kớch thước mẫu thử nghiệm mỏi
Yờu cầu đối với mẫu thử:
-Dung sai cho phộp của đường kớnh phần làm việc của mẫu khụng quỏ 0,005 mm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Lượng nhảy hướng kớnh của đường kớnh phần làm việc so với đường kớnh phần kẹp giữ khụng quỏ 0,01 mm.
-Mặt làm việc cần trơn nhẵn khụng cú vết sõy sỏt.
-Phần gúc lượn quỏ độ cần thật trũn và nhẵn
-Bước gia cụng sau cựng phải là mài búng.
-Khi gia cụng mẫu thử khụng được xảy ra hiện tượng húa cứng nguội hoặc quỏ núng. D (14,0) d (10,0) 132,5 52,5 50,5 52,5 80 264 R (2,0) 65 (226) R (6 ; 10) 96 65 96 d [5,97 ; 7,52 ; 9,48 ; 12,0] D [12,0 ; 17,0]
-Độ núng khi cắt lấy mẫu thử đối với kim loại đen và hợp kim khụng quỏ 1000C.
Cỏc loại mẫu vật liệu thử nghiệm được gia cụng cơ khớ đạt kớch thước và yờu cầu kỹ thuật theo tiờu chuẩn thử nghiệm và được thể hiện trờn cỏchỡnh 3.5 và 3.6.
Hỡnh 3.5. Mẫu thử nghiệm đặc trưng mỏi vật liệu KGCH
Hỡnh 3.6. Mẫu thử nghiệm đặc trưng mỏi vật liệu TBX
3.3.4. Mẫu vật liệu thử nghiệm xỏc định tốc độ lan truyền vết nứt và độ dai phỏ huỷ . Theo tiờu chuẩn: ASTM E 399 – 90 [32]. phỏ huỷ . Theo tiờu chuẩn: ASTM E 399 – 90 [32].
- Để đảm bảo kết quả cú giỏ trị như tiờu chuẩn đó thực hiện cả hai chiều dày mẫu B, và chiều dài vết nứt a phải lớn hơn 2,5 (KIC/σYS)2, trong đú σYS .là giới hạn chảy của vật liệu ở điều kiện nhiệt độ và tải trọng trong quỏ trỡnh thử nghiệm.
- Căn cứ tỷ số giới hạn chảy và mụđun đàn hồi của vật liệu thớ nghiệm để lựa chọn kớch cỡ của mẫu vật cho phự hợp với quỏ trỡnh thử nghiệm.
Loại mẫu này cú kớch thước hỡnh khối hộp, được gia cụng cơ khớ trờn mỏy cắt dõy, phay, mài, tạo rónh khớa chữ V và hai lỗ, gia cụng đạt được kớch thước và yờu cầu kỹ thuật của loại mẫu này theo tiờu chuẩn được thể hiện trờn cỏc hỡnh 3.7 và 3.8.
600 60 0 11 1,5 900
Hỡnh 3.7. Kết cấu và kớch thước mẫu thử nghiệm xỏc định tốc độ lan truyền vết nứt và độ dai phỏ huỷ
Hỡnh 3.8. Hỡnh dạng mẫu thửđặc trưng mỏi vật liệu
3.4 Thiết bị thử nghiệm
3.4.1. Thiết bị thử nghiệm xỏc định đặc trưng cơ học của mẫu
Thiết bị thử nghiệm xỏc định đặc trưng cơ học của mẫu thử nghiệm là thiết bị thử: Hydraulic universal tetsting machine (United Model HFM 500 kN) của Hóng: United, hỡnh 3.9. Tải trọng lớn nhất cú thể kộo: 500 kN; Khoảng cỏch lớn nhất cú thể thử nghiệm: 780 mm; Bề rộng lớn nhất của mẫu thử nghiệm: 125 mm; Đường kớnh lớn nhất của mẫu thử nghiệm: 60 mm. 20 50 ± 0.005 62,5 ± 0,25 12 12,5 13,75±0,25 30 ± 0 ,2 5 30 ± 0 ,2 5 63 63 63 ± 0.25 13,75±0,25
Hỡnh 3.9. Thiết bị thử cơ tớnh vật liệu thử nghiệm
3.4.2. Thiết bị thử nghiệm xỏc định giới hạn mỏi
Thiết bị thử nghiệm xỏc định giới hạn mỏi của mẫu thử nghiệm là mỏy thớ nghiệm mỏi uốn cong thuần tỳy kiểu PWC – 6 của Trung Quốc chế tạo, được dựng
đểđo trị số cực hạn mỏi uốn cong của vật liệu kim loại dưới tỏc dụng của ứng suất biến cong biến đổi đối xứng, hỡnh 3.10.
Mỏy thử nghiệm xỏc định giới hạn mỏi cú cỏc thụng số kỹ thuật sau::
- Đường kớnh mõm cặp mẫu thử: Φ 12 - Φ 17 mm
- Chiều dài mẫu thử: 226 mm
- Mụmen uốn lớn nhất: 6 kGm
- Tốc độ quay: 3 000 vũng / phỳt
- Số lượng vũng quay lớn nhất đồng hồ cú thể ghi được: 1.107 vũng
- Động cơđiện: Điện ỏp 220 / 380 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cụng suất 0,6 W Tốc độ quay 3 000 vũng / phỳt
3.4.3. Thiết bị thử nghiệm xỏc định tốc độ lan truyền vết nứt và độ dai phỏ huỷ
Thiết bị thử nghiệm xỏc định tốc độ lan truyền vết nứt và độ dai phỏ huỷ của mẫu thử nghiệm là thiết bị thử mỏi, độ dai phỏ huỷ INSTRON 8801 của Anh chế
tạo, hỡnh 3.11.
Một vài thụng số cơ bản của thiết bị INSTRON 8801 như sau:
Tải trọng kộo lớn nhất: 100 kN. Tải trọng chu trỡnh lớn nhất: 50 kN.
Mỏy kộo, nộn, uốn mỏi vạn năng servo thủy lực INSTRON Model Fast