Долговечность сплава амг6 при последовательном ударно-волновом и гигацикловом нагружении
Автор: Оборин В.А., Банников М.В., Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б.
Статья в выпуске: 1, 2019 года.
Бесплатный доступ
Экспериментально реализована программа испытаний по сверхмногоцикловому нагружению (количество циклов 107-109) образцов, изготовленных из массивных плоских мишеней (алюминиевый сплав АМг6) и подвергнутых плосковолновому нагружению (метод взрывного генератора). Режимы ударно-волнового нагружения обеспечивали создание контролируемой поврежденности для имитации структурных изменений в материалах лопаток вентиляторов в условиях высокоскоростного соударения с твердыми частицами. Сверхмногоцикловое нагружение осуществлялось на ультразвуковой испытательной машине Shimadzu USF-2000, позволяющей испытывать образцы на базе 108-1010 циклов с амплитудой до нескольких десятков микрометров и частотой испытаний 20 кГц. Показано существенное снижение на 34 % предельного напряжения разрушения на базе 109 циклов для предварительно нагруженного ударной волной сплава АМг6. Применена методика in situ определения усталостных повреждений, основанная на анализе амплитудно-частотных характеристик, соответствующих изменению эффективных упругих свойств, что позволило исследовать стадийность развития поврежденности с учетом нелинейной кинетики накопления дефектов в процессе циклического нагружения в режимах много- и гигацикловой усталости. Установлено аномальное изменение упругих свойств материала при достижении критических уровней поврежденности. Установлены количественные корреляции между механическими свойствами и масштабно-инвариантными (скейлинговыми) характеристиками рельефа поверхностей разрушения, формирующихся в процессах динамического и гигациклового нагружения по данным профилометрии (интерферометр-профилометр New-View 5010 с разрешением от 0,1 нм). Для образцов, подвергнутых предварительному ударно-волновому деформированию, установлено уменьшение показателя Херста по сравнению с недеформированными образцами. Последнее связывается с интенсивной фрагментацией при формировании дислокационных ансамблей в ходе ударно-волнового нагружения, что затрудняет формирование упорядоченной системы дефектов при последующем усталостном нагружении.
Разрушение, гигацикловая усталость, скейлинг, морфология поверхности, ударно-волновое нагружение
Короткий адрес: https://sciup.org/146281907
IDR: 146281907 | УДК: 539.421 | DOI: 10.15593/perm.mech/2019.1.10
Lifetime of amg6 alloy under consecutive shock-wave and gigacycle loading
The paper presents the experimentally implemented test program for very-high-cycle loading (number of cycles 107-109) samples produced from massive planar targets (aluminum alloy AMg6) and subjected to the plane wave loading method (explosive generator). Shock-wave loading modes provided a controlled damage to simulate structural changes in fan blade materials under conditions of a high-speed collision with solid particles. Very-high-cycle loading was performed using the ultrasonic testing machine Shimadzu USF-2000 that allows testing samples on the basis of 108-1010 cycles with an amplitude of up to several tens of micrometers and a frequency test of 20 kHz. A significant reduction by 34% of the fatigue strength on the basis of 109 cycles for the AMg6 alloy pre-loaded with a shock wave is shown. The technique of the "in situ" determination of fatigue damage is based on the analysis of the amplitude-frequency characteristics corresponding to the change in effective elastic properties. It allowed us to explore the damage development stages taking into account nonlinear kinetics of the defects accumulation in the process of cyclic loading in multi- and gigacycle fatigue modes. The anomalous change of elastic properties of the material at critical levels of damage is established. A quantitative correlation between mechanical properties and scale-invariant characteristics of the topography of the fracture surface are formed in the processes of dynamic loading and gigacycle according to profilometry (interferometer-Profiler New View 5010 with a resolution of 0.1 nm). For the samples subjected to the preliminary shock-wave deformation, a decrease in the Hurst index in comparison with the undeformed samples was established. The latter is associated with an intensive fragmentation in the formation of dislocation ensembles during shock wave loading, which complicates the formation of an ordered system of defects under the subsequent fatigue loading
Список литературы Долговечность сплава амг6 при последовательном ударно-волновом и гигацикловом нагружении
- Ботвина Л.Р. Гигацикловая усталость - новая проблема физики и механики разрушения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2004. - Т. 70, № 4. - С. 41.
- Масштабная инвариантность роста усталостной трещины при гигацикловом режиме нагружения / В.А. Оборин, М.В. Банников, О.Б. T. Наймарк, Palin-Luc // Письма в журнал технической физики. - 2010. - Т. 36. - Вып. 22. - C. 76-82.
- Cowles B.A. High cycle fatigue in aircraft gas turbines - an industry perspective // International Journal of Fracture - 1996. - Vol. 80 - P. 147-163.
- Шанявский А.А. Моделирование усталостных разрушений металлов. Синергетика в авиации. - Уфа: Монография, 2007. - 500 c.
- Nicholas T. High Cycle Fatigue // A Mechanics of Material Perspective. - Elsevier, 2006. - 641 p.
