Амплитудах напряжения

Указанные данные были получены при одних и тех же относительных амплитудах напряжений 0,7ат. Однако изменение состава сплава за счет легирующих элементов, а также за счет примесей неизбежно влечет повышение (как правило, в пределах одного фазового состава) его предела текучести. При равной относительной амплитуде напряжений в долях от предела текучести абсолютный уровень максимальных напряжений в цикле изменялся пропорционально фактическому пределу текучести. Таким образом, на изменение долговечности сплавов влияли два фактора: изменение химического состава и изменение уровня напряжений. Так как при проведении циклических испытаний (Я = 0) надрезанных образцов с ат = 4,8 в вершине надреза реализовывался симметричный жесткий режим нагружения, а уровень деформаций там был пропорционален амплитуде напряжений а (при постоянном отношении а/ат = 0,7), уравнения Коффина можно записать для данного частного случая в виде: oNm = Cj. На рис. 78 показана зависимость малоцикловой долговечности сплавов надрезанных образцов в отожженном состоянии (ПТ-ЗВ с 2,5 % AI, ПТ-ЗВ, ПТ-7М, ВТ5-1, ВТ6С) при амплитуде напряжений 0,7ат (/?=0) и надрезе с скт = 4,8 от предела текучести а0>2. Как

среде вследствие особенностей их легирования являются испытания 0-сплава типа ВТ15, проведенные авторами совместно с М.Б. Бодуно-вой и В.Ф.Лукьяновым. Был испытан /3-сплав системы Ti-AI-Mo-V-Сг, имевший при а02>834 МПа относительное удлинение 5>20 %, ф>60 % и KCU>2350 кДж/м2. Структура сплава состояла из однородных полигональных зерен /3-фазы. При проведении малоцикловых испытаний в 3 %-ном растворе NaCI сплав разрушился через 10-50 циклов при амплитуде напряжений 0,2-0,5сгт. Разрушение имело хрупкий транскристаллитный излом, характерный для коррозионного растрескивания. При этом хрупкие разрушения наблюдались даже при испытании образцов без концентраторов напряжений. Причиной появления хрупких разрушений являлись предвыделения TiCr2, значительное количество которых (в сплаве было 11 % Сг) приводило к настолько сильному возрастанию анодного тока, что процессы репассивации не успевали протекать даже при резком снижении уровня номинальных напряжений. Удаление хрома из сплава и замена его эквивалентным количеством ванадия (0-сплав Ti-AI-IVfo-25 % V) сделали металл полностью нечувствительным к коррозионной среде при амплитудах напряжений до 1,3ат.

Относительно слабое влияние коррозионной среды связано с присущим титановым сплавам продолжительным инкубационным периодом до появления трещины при многоцикловом нагружений. Длительность этого периода определяется временем, необходимым для возникновения на поверхности образца первых разрывов защитной оксидной пленки, происходящих вследствие локальных пластических сдвигов в приповерхностных областях. При малых амплитудах напряжений защитные пленки в основном сохраняются или успевают восстановиться. Этим и объясняется малая чувствительность титановых сплавов ко многим коррозионным средам при многоцикловом нагружений.

Исследования закономерностей накопления усталостных повреждений при меняющихся амплитудах напряжений показали, что сумма относительных долговечностей может существенно отличаться от единицы, т.е. приведенное выше уравнение не выполнялось. В последние годы сумму

Обкатка надреза роликом может практически полностью нейтрализовать отрицательное влияние надреза на циклическую прочность и довести ее до уровня прочности гладких образцов. На рис. 129 показано влияние упрочнения стальной литой дробью поверхности надрезанных образцов из сплава ПТ-ЗВ на их долговечность-при R- 0. Эффективность влияния упрочнения сохраняется при амплитудах напряжений, существенно превышающих предел текучести материала.

•* Сопротивление малоцикловому деформированию при меняющихся амплитудах напряжений в условиях нерегулярного нагружения

Располагая диаграммами деформирования при различных амплитудах напряжений, после решения системы уравнений (2.6.12), записанной последовательно для циклов с первого по N-&, с, (N -\-+ 1)-го по (N + i)-VL и т. д., определяем функцию А (\ t ^ Я» I ттах) при выбранных значениях параметра тшах и Я>

Приведем несколько примеров, иллюстрирующих возможности уравнений (2.6.4) и (2.6.5) к описанию деформирования при изменяющихся амплитудах напряжений (применительно к сплаву В-96). Для условного материала эти возможности изучались в работе [98].

93. Козенец В. В., Гусенков А. П. Сопротивление малоцикловому деформированию при меняющихся амплитудах напряжений.— Машиноведение, 1972, № 3.

98. Козенец В, В, К теории знакопеременного нагружения при переменных амплитудах напряжений,— Труды/РКИИГА, 1970, вып. 169.

§ 2.6. Сопротивление малоцикловому деформированию при меняющихся амплитудах напряжений в условиях нерегулярного нагружения............... 1^5

типа характерных кривых циклического упрочнения (разупрочнения) (рис. 13). Монотонное циклическое упрочнение под действием циклической нагрузки, например, наблюдается в нормализованных конструкционных сталях, которые испытываются на усталость при амплитудах больше макроскопического предела текучести, и у чистых металлов и однофазных сплавов в пластичном состоянии, особенно с высокой энергией дефектов упаковки. Монотонное циклическое разупрочнение характерно для высокопрочных сплавов с большим числом дисперсных выделений и холоднодеформированных металлических материалов при амплитудах напряжения ниже предела текучести. Первоначальное циклическое разупрочнение и последующее циклическое упрочнение типично для нормализованных конструкционных сталей, если величина приложенной нагрузки не превышает макроскопический предел текучести. Па рис. 14, для примера, представлены кривые циклического упрочнения конструкционной стали Ск 45 (типа углеродистой стали 45).

34CrNiMo 6. Видно, что с увеличением теоретического коэффициента концентраций предел выносливости резко снижается. Однако в области малых долговечностей при высоких амплитудах напряжения наблюдается обратная закономерность: чем больше концентрация напряжения, тем больше долговечность. Этот эффект объясняется тем, что при высоких амплитудах напряжения в вершине концентратора напряжений с первых циклов нагружения возникает область локальной пластической деформации, которая упрочняет металл, и это приводит к более позднему зарождению усталостной трещины.

Рис. 55. Кривые малоцикловой долговечности при мягком симметричном цикле нагружения сплавов ВТ1-1 (1). ТС-5 (2), ВТЗ-1 (3) при различных амплитудах напряжения а

На рис. 55 приведены значения малоцикловой долговечности при мягком симметричном цикле нагружения (изгиб) сплавов ВТ1-1, ТС5, ВТЗ-1 при различных амплитудах напряжения [ 77].

Отличие в амплитудах напряжения течения при насыщении для различных образцов указывают на формирование разных дислокационных структур и различные механизмы упрочнения. Хотя известно, что для холоднодеформируемой Си характерно быстрое

амплитуды (режим III) приводят к возникновению тонкого скольжения. При этом постепенно нарушается поверхность в участках, где линии сдвига концентрируются в полосы; кроме того, обнаружено, что при больших амплитудах напряжения микронапряжения имеют значительную величину, а при уменьшении амплитуды напряжения происходит релаксация микронапряжений (рис. 155).

Изменение физико-механических свойств в процессе усталости. Наибольшие изменения в процессе усталости претерпевают такие характеристики, как предел пропорциональности и текучести при амплитудах напряжения ниже статического предела текучести. На стадии усталости / металл претерпевает механическое упрочнение, затем оно достигает «насыщения», после чего металл начинает разупрочняться. Особенно интенсивное разупрочнение наблюдается непосредственно перед усталостным разрушением, когда усталостные трещины приобретают значительные размеры.

При изучении усталости электролитического железа в виде небольших плоских образцов с частотой нагружения 20 Гц установлено [160], что при одинаковых амплитудах напряжения выносливость образцов в вакууме (1,3 • 10" * Па) в 10 раз больше, чем в сухом воздухе. Электронно-микроскопические и металлографические исследования в темном поле показали, что ширина пластической зоны в вершине растущей усталостной трещины А зависит не только от уровня прикладываемых напряжений, но и от давления воздуха. Эту зависимость можно записать так:

различных амплитудах напряжения цикла для алюминиевых сплавов. Под вероятностью разрушения при данном о понимается отношение числа образцов, разрушившихся при числе циклов N и амплитуде напряжения 0, к общему количеству образцов плюс единица, испытанных при данном а. Пунктирными линиями показаны доверительные области, которые с вероятностью 90% включают в себя линии вероятности разрушения, построенные при испытании одинаковых партий образцов.

Прн равных амплитудах напряжения и v — 0,3 эти величины приблизительно равны. В другом крайнем случае, когда значения функции D (Г) отличны от нули только в тонких слоях толщиной t около поверхности, получим

Локальная пластическая деформация (полосы скольжения и двойникование) могут быть источниками усталостных трещин. При высоких амплитудах напряжения, как и при повышенных температурах, микротрещины могут развиваться и на границах зерен. Источники трещин, как правило, концентрируются на поверхности или в подповерхностных слоях.