В недрение аддитивных технологий в сферу создания изделий из металлов значительно сократило сроки производства, позволило отказаться от ряда трудоемких процессов. Революционное 3D оборудование воплощает конструктивно сложные детали, пресс-формы, компоненты с минимальным количеством отходов и энергетических затрат. Посредством послойного наращивания с последующим термическим или лазерным осаждением производят детали для производства инструментов, приборов, автомобилей, для аэрокосмической и медицинской отраслей.
К недостаткам изделий из аддитивных металлов относят неоднородность структуры. Из-за малейшего нарушения технологии появляются участки с недостаточным сцеплением слоев, порами и подобными концентраторами напряжений. Наличие дефектов активизирует процессы усталостного разрушения.
Специфика определения усталостной прочности аддитивных металлов
Исследования способности аддитивных металлов противостоять усталостным разрушениям проводят на динамических установках. Машины моделируют циклические нагрузки в формате знакопеременного изгиба, растяжения-сжатия, сжатия с заданной амплитудой, силой, скоростью. Лабораторные испытания позволяют оценить рабочий ресурс конструкционного материала, работающего под воздействием повторно-переменных нагрузок.
Результаты тестирования необходимы для прогнозирования поведения деталей и конструкционных элементов, выполненных по аддитивным технологиям. В большинстве случаев появление и разрастание усталостных трещин визуально не определяется на начальных стадиях. Последующая стадия рассеянного усталостного трещинообразования характеризуется продолжительностью и практически не влияет на прочностные качества.
В период финального этапа усталостные трещины развиваются стремительно, разрушение наступает внезапно, зачастую во время непосредственной эксплуатации транспортного средства, производственной установки, железнодорожной конструкции, гидротехнического сооружения.
Исследования предоставляют проектировщикам и конструкторам информацию для предотвращения опасных и катастрофических последствий. На основании результатов принимаются решения о модернизации металлической детали или конструкции. Усовершенствуются технологические процессы, разрабатываются эксплуатационные правила с рекомендациями по замене.
Типичная последовательность усталостных испытаний металлов:
- Изготовление образцов. Для тестирования аддитивных металлов, чувствительных к напряжениям, изготавливают 10-20 образцов в виде цилиндров с кольцевой V-образной выточкой посередине. Размеры подбирают по указаниям НД, ориентируясь на максимальный спектр измерения диаметров. Между участками для фиксации захватами должно быть расстояние, не допускающее самопроизвольного деформирования образца.
- Тестирование первого образца. Испытания проводят с воспроизведением заданного уровня нагрузки или степени деформации в зависимости от выбранного типа передачи усилия. Циклические воздействия прикладывают до формирования трещины регламентированного размера или до разрушения исследуемого экземпляра. Регистрируют количество циклов, необходимых для безвозвратного повреждения.
- Испытания серии образцов. Для определения усталостной прочности комплекта подготовленных к испытаниям образцов величину нагрузки или деформации настраивают в соответствии с предыдущим испытанием. Фиксируют число циклов, совершенных до трещинообразования регламентированной величины или до разрушения.
- Построение диаграммы. Зарегистрированные в ходе испытаний показатели используются для построения кривых усталости и определения предельных значений, при которых появляются необратимые повреждения. Определяются предельные амплитуды и характеристики упругопластического деформирования.
Если эксплуатация изделий из аддитивных металлов предполагает работу в нестандартных температурных условиях, испытания по аналогичной программе проводят с использованием климатического оборудования. Степень нагрева или охлаждения настраивают в соответствии с указаниями НД. Термопары для контроля температурного уровня на протяжении всего исследования закрепляются на образцах.
Аппаратура для тестирования аддитивных металлов на усталость
Для определения эксплуатационного ресурса и способности аддитивного металла противостоять усталостным разрушениям потребуется:
Детальные консультации и ценные профессиональные рекомендации менеджеров компании «ГОСТ» помогут подобрать основное оборудование, сопутствующие приборы и дополнительную оснастку для испытаний.
