Изучение структуры усталостных трещин неразрушающим методом
При проведении исследований усталостных трещин важно понимать механизмы ее развития на всех этапах: от зарождения, во время роста и до полного разрушения образца. Информацию о данных механизмах можно получить, исследуя морфологию поверхности трещины и особенности ее строения. Однако, при неполном разрушении образца сделать это возможно только искусственно вскрыв трещину механическими способами. Часто помимо магистральной трещины в образце возникают также микротрещины в виде ответвлений от основной трещины, которые легко не учесть при исследовании вскрытой трещины. Рентгеновская микротомография высокого разрешения является инструментом, позволяющем изучать объемную структуру усталостной трещины в образце без его разрушения. При этом высокое (до 1-3мкм) разрешение метода дает возможность детально исследовать развитие поверхности трещины. Трехмерная реконструкция внутреннего объема трещины позволяет определить положение, форму и вид вторичных микротрещин, которые определяют развитие и рост магистральной трещины при циклических испытаниях.
Задача: исследование внутренней структуры усталостной трещины после проведений цикла испытаний, не приводящих к полному разрушению образца.
width="307">Решение: работы по исследованию внутренней структуры усталостной трещины проводились с помощью рентгеновского микротомографа высокого разрешения Xradia Versa XRM-500. В качестве объекта исследований выбран стандартный образец для испытаний на усталостную прочность из титанового сплава, в котором в процессе циклических испытаний образовалась усталостная трещина, однако, образец не был до конца разрушен. Томография образца проводилась при ускоряющем напряжении источника 160 кВ и токе пучка 62,5 мкА. Точечное разрешение при исследовании такого образца достигает 3 мкм. В результате томографии получена трехмерная картина внутреннего строения образца. Реконструкция и численный анализ внутреннего объема усталостной трещины проведены с использованием специализированного ПО Avizo Fire 8.0.Рисунок 1 – Трехмерное изображение магистральной трещины в образце (слева) и реконструкция внутреннего объема усталостной трещины (справа).
Выводы:
- Метод рентгеновской микротомографии позволяет визуализировать объемную структуру усталостной трещины в образце без его разрушения
- С помощью данного метода возможно исследование образца на любом этапе испытаний на усталостную прочность
- Трехмерная реконструкция внутреннего объема усталостной трещины позволяет выявить наличие микротрещин и исследовать особенности роста усталостной трещины, а также провести количественный анализ поверхности трещины (общий объем, шероховатость и т.п.).