Долговечность динамически преднагруженных образцов сплава АМг6 при гигацикловой усталости в коррозионной среде
DOI:
https://doi.org/10.7242/2658-705X/2022.1.5Ключевые слова:
разрушение, гигацикловая усталость, скейлинг, морфология поверхности, уравнение Пэриса, кинетика роста трещиныАннотация
Рассматриваются методика и результаты испытаний динамически преднагруженных образцов из алюминиевого сплава АМг6 в режиме сверхмногоциклового (гигациклового) нагружения (количество циклов 108-109). Предварительное нагружение образцов осуществлялось динамическим растяжением на разрезном стержне Гопкинсона-Кольского при скоростях деформации до ~103 c-1, которое обеспечивало создание контролируемой поврежденности материала для имитации структурных изменений в лопатках вентиляторов авиадвигателей в условиях высокоскоростного соударения с твердыми частицами. После этого образцы подвергали гигацикловому нагружению 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 при воздушном охлаждении и «солевым туманом» (3%NaCl). Морфология поверхностей изломов образцов была детально изучена методами количественной фрактографии. Отмечается, что при выбранных условиях нагружения существенно возрастает роль внешней среды, морской соляной туман представляет собой один из наиболее агрессивных для летательных аппаратов внешних факторов. На основании полученных данных определены количественные соотношения между механическими свойствами и масштабно-инвариантными (скейлинговыми) характеристиками рельефа поверхностей разрушения, формирующихся при динамическом и гигацикловом нагружении по данным профилометрии (интерферометр-профилометр «New-View 5010» с разрешением от 0,1 нм).
Библиографические ссылки
- Peters J.O., Ritchie R.O. Influence of foreign object damage on crack initiation and early crack growth during high-cycle fatigue of Ti-6Al-4V // Eng. Fract. Mech. – 2000. – Vol. 67. – P. 193–207.
- Spanrad S., Tong J. Characterisation of foreign object damage (FOD) and early fatigue crack growth in laser shock peened Ti–6Al–4V aerofoil specimens // Materials Science and Engineering A. – 2011 – Vol. 528 – P. 2128–2136.
- Nowell D., Duó P., Stewart I.F. Prediction of fatigue performance in gas turbine blades after foreign object damage // International Journal of Fatigue – 2003 – Vol. 25 – P. 963–969.
- Franklin J. Foreign Object Damage in the UK RAF // National Aerospace FOD Prevention Inc. (NAFPI), 1st Int. Conference. – London. – 2003.
- Ботвина Л.Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности. – М.: Наука. – 2008. – 334 с.
- Ботвина Л.Р. Гигацикловая усталость – новая проблема физики и механики разрушения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2004. – Т. 70. – № 4. – C. 41–51.
- Crawford B. R. [et al.] Can pitting corrosion change the location of fatigue failures in aircraft? // International Journal of Fatigue. – 2014. – Vol. 61. – P. 304–314.
- Левин Д.М., Широкий И.Ф., Муравлева Л.В. Гигацикловая усталость // Изв. ТулГУ. Сер. «Физика». – 2006. – №. 6. – С. 192.
- Федер Е., Данилов Ю. А., Шукуров А. Фракталы. – М.: Мир, 1991. – 254 с.
- Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature. – N.Y.: Freeman, 1983. – 480 p.
- Bouchaud E. Scaling properties of cracks // J. Phys. Condens. Matter. – 1997. – 9. – P. 4319– 4344.
- Oborin V.A., Bayandin Y.V., Bilalov D.A., Sokovikov M.A., Chudinov V.V., Naimark O.B. Self- Similar Patterns of Damage Development and Reliability Assessment of AMg6 and D16T Aluminum Alloys under Consecutive Dynamic and Gigacycle Loading // Physical Mesomechanics. – 2019. – Т. 22. – №. 2. – P. 141–151.
- Kumar A. Torbet C.J., Jones J.W., Pollock T.M. Nonlinear ultrasonics for in situ damage detection during high frequency fatigue // Journal of Applied Physics. – 2009. – Vol. 106. – №. 2. – P. 024904.
- Оборин В.А., Банников М.В., Наймарк О.Б., Palin-Luc T. Масштабная инвариантность роста усталостной трещины при гигацикловом режиме нагружения // Письма в «Журнал технической
физики». – 2010. – Т. 36. –Вып. 22. – C. 76–82. Barenblatt G.I. Scaling phenomena in fatigue and fracture // Int. J. of Fracture. – 2006. – Vol. 138. – P. 19–35. Баренблатт Г.И., Ботвина Л.Р. Автомодельность усталостного разрушения. Накопление поврежденности. – Изв. АН СССР, Механика твердого тела. – 1983. – № 4. – С. 161– 165.