Благоприятно ориентированных

Уменьшить время выдержки тд можно за счет повышения скорости внедрения пуансона в расплав. Однако при скорости, равной 0,6—0,8 м/с, возникает вихревое движение металла в прессформе, происходит захват воздуха, выбрызгивание расплава в зазор между матрицей и пуансоном, могут возникнуть трещины на внутренней поверхности отливки. Поэтому рекомендуемые значения скорости находятся в пределах 0,08—0,2 м/с. Для каждого сплава характерны определенные значения скорости внедрения пуансона, обеспечивающие достижение наиболее благоприятного сочетания структуры и механических свойств. Для сталей они меньше, для алюминиевых сплавов больше.

Период приработки характеризуется нарастанием скорости изнашивания во времени. Здесь зарождаются первоначальные очаги разрушения и происходит качественное изменение на поверхности изнашивания. По мере увеличения частоты ударов образца о слой абразива на ег.о поверхности "начинает формироваться специфический рельеф," представляющий собой сочетание лунок и выступов. Такой рельеф первоначально появляется только на отдельных участках — в зонах наиболее благоприятного сочетания условий для внедрения зерен абразива.

Исходя из существующих представлений о происхождении ямок, признаком, наиболее удачно характеризующим способность материала к микропластической деформации, следует считать не столько протяженность, сколько глубину ямок и характер рельефа их стенок. Протяженность же ямок связана с расстоянием между локальными первичными надрывами и характеризует степень гетерогенности структуры материала. Можно предположить, что большое число (малых по протяженности) ямок на изломе характерно для высокопрочных материалов, малое число крупных ямок — для малопрочных, а малые по протяженности, но достаточно глубокие ямки являются свидетельством •благоприятного сочетания в материале высокой прочности и высокой надежности по характеристикам разрушения.

Титан и в особенности сплавы на его основе широко применяются в некоторых отраслях промышленности из-за чрезвычайно благоприятного сочетания низкого удельного веса, высокой прочности и отличной коррозионной стойкости во многих агрессивных средах.

В настоящее время актуальной является проблема использования для производства электроэнергии низкотемпературной теплоты: энергоемких производств, геотермальных вод, сконцентрированного солнечного излучения и др. О значимости этой проблемы для народного хозяйства свидетельствуют, в частности, такие цифры: потери с теплотой колошникового газа, температура которого на выходе из доменной печи находится в пределах 520 ... 620 К, составляют 35000 т условного топлива на 1 млн т выплавляемого чугуна. Поэтому в нашей стране и за рубежом проявляется повышенный интерес к паротурбинным установкам (ПТУ) с органическими рабочими телами (ОРТ). Эти установки в силу благоприятного сочетания теплофизических и эксплуатационно-технологических свойств ОРТ при верхних температурах цикла, не превышающих 650 К, имеют лучшие технико-экономические показатели по сравнению с ПТУ на воде и жидких металлах.

Для сталей с мартенситной структурой в твердостью выше HRC 52—54 не наблюдается прямой зависимости между твердостью и прочностью. При перегреве в процессе закалки, несмотря иа высокую твердость, прочность резко падает (рис. 3) [20]. При термической обработке необходимо достичь благоприятного сочетания высокой твердости и прочности и необходимой пластичности.

Вводить в сплавы для монокристаллических отливок В и С в качестве элементов, повышающих прочность границ зерен, нет необходимости. Без них не образуются бориды или карбиды, способные послужить местом зарождения разрушения в условиях циклического нагружения или в режимах, реализацию которых лимитирует повреждение материала из-за развития процессов ползучести. Zr — еще один элемент, упрочняющий границы зерен, тоже обычно не вводят в суперсплавы для монокристаллических отливок, поскольку он снижает температуру начала плавления. Чтобы достигнуть благоприятного сочетания усталостной прочности, сопротивления ползучести (длительной прочности) и стойкости против окисления, можно вместо В, С и Zr, упрочняющих границы зерен, воспользоваться добавками других элементов.

5.3.3. Определение благоприятного сочетания прочностных и пластических свойств стали

5.3.3. Определение благоприятного сочетания прочностных и пластических

Задачи, стоящие перед металлургами всех стран в плане улучшения войств коррозионностойких сталей и сплавов, сводятся к оптимизации егирования, к общему повышению качества металлопродукции, к сни-:ению издержек производства. За счет оптимального легирования до-гигается формирование требуемой структуры стали, чистота стали по еметаллическим включениям и нежелательным избыточным фазам и олучение наиболее благоприятного сочетания в сталях служебных войств. В этом смысле снижение содержания углерода в сталях с фер-итной, аустенитной и аустенито-ферритной структурой, а также в же-езоникелевых и никелевых сплавах является одним из путей для до-гижения поставленной цели.

Для сталей с мартеиситной структурой и твердостью выше HRC 52—54 не наблюдается прямой зависимости между твердостью и прочностью. При перегреве в процессе закалки, несмотря на высокую твердость, прочность резко падает (рис. 3) [20]. При термической обработке необходимо достичь благоприятного сочетания высокой твердости и прочности и необходимой пластичности.

видом которой является закалка с последующим старением. Параметры закалки: температура нагрева; время выдержки при температуре нагрева; скорость охлаждения; температура охлаждающей среды. Параметры старения: число ступеней, температура и время выдержки на каждой ступени. Многоступенчатые режимы старения (в основном двухступенчатые) нашли применение для сплавов систем А1—Zn—Mg—Си и Al—Zn—Mg. Именно многоступенчатые режимы старения обеспечивают получение благоприятного сочетания механических свойств и сопротивления коррозионному растрескиванию.

микродеформаций. Число и размеры микронесплошностей также возрастают, появляются характерные усталостные бороздки, являющиеся зародышами будущих коррозионно-усталостных микротрещин. Значительно усиливается образование пор (полостей), зарождающихся из мельчайших надрывов в скоплениях дислокаций. Такие микроповреждения при коррозионной усталости охватывают практически всю поверхность образца, в то время как при усталости на воздухе энергии развиваемых микродеформаций достаточно лишь для микроповреждений отдельных, наиболее благоприятно ориентированных зерен. При этом границы зерен здесь еще достаточно эффективно затормаживают дефекты, способствуя поддержанию прочности на более высоком уровне.

ческие исследования показали, что на этой стадии циклического деформирования, как и в условиях статического нагружения, наблюдается изменение дислокационной структуры: на границах ферритных зерен генерируются новые дислокации; в отдельных зернах наблюдаются дислокационные сплетения. В наиболее благоприятно ориентированных зернах могут наблюдаться тонкие дислокационные полосы скольжения. Пример дислокационной структуры, формирующейся на этой стадии циклического нагружения в отожженных образцах из низкоуглеродистой стали Ст 3, приведен на рис. 10. Дислокационные скопления преимущественно наблюдаются в области границ зерен (рис. 10, а) и у неметаллических включений (рис. i 0,6).

стичность. Это имело место не только у металлов с наиболее симметричной кристаллической решеткой с большим числом благоприятно ориентированных для деформации, плоскостей скольжения (г. ц. к. металлы), но и у металлов с °- ц- к- решеткой.

Как известно, титановые сплавы обладают значительной анизотропией сопротивления сдвигу по различным плоскостям кристаллической решетки. Количество плоскостей легкого скольжения в кристаллической решетке титана (г.п.у) значительно меньше, чем у металлов с кубической решеткой (о.ц.к., г.ц.к). В связи с этим при испытании образца во внутренних объемах металла возникновение скольжения в благоприятно ориентированных по отношению к действующему усилию элементах структуры (зернах, фрагментах) будет затрудняться окружающими неблагоприятно ориентированными структурными составляющими. В поверхностных слоях в благоприятно ориентированных элементах структуры нет препятствий для возникновения скольжения и появления на поверхности ступени сдвига. В связи с этим при одной и той же суммарной деформации на поверхности и во внутренних объемах образца соотношение между упругой и пластической составляющими может быть различным. В этих условиях требуются значительные деформации, чтобы и во внутренних слоях образца доля пластических деформаций стали близка к величине пластической деформации на поверхности. Это положение и определяет, по нашему мнению, что степень повреждаемости поверхностных слоев металла при малоцикловом нагружении зависит не только от размеров элементов структуры, но и от внутрикристал-лического строения металла (в частности, от количества плоскостей лег-

печивает выявление пор, шлаковых включений, несплавлений и трещин, благоприятно ориентированных по отношению к УЗ-пучку. Однако контроль по данной схеме осложняется необходимостью ориентировки ПЭП относительно соединения и появления ложных эхо-сигналов от противоположной выпуклости шва (см. рис. 6.53, а), причем амплитуда ложного эхо-сигнала обычно выше амплитуды сигнала от дефекта. Разделение полезных и ложных сигналов по времени крайне затруднено. Выявить непровар в центре двустороннего или в корне одностороннего шва при контроле по схеме // практически невозможно, так как УЗ-пучок зеркально отражается. Этот опасный дефект при доступе контроля только с наружной поверхности полки обнаруживается при контроле по схеме /// (см. рис. 6.53, б) с помощью прямого РС-ПЭП или двух жестко соединенных призматических ПЭП, включенных по раздельной схеме. При толщине полки более 40 мм можно применять прямой ПЭП. В угловых соединениях при доступе только со стороны вертикального листа непровар можно обнаружить при использовании прямого или РС-ПЭП. ,Одно из основных условий, обеспечивающих наиболее надежное выявление дефектов по сечению шва, — необходимость про-звучивания всего сечения шва с равномерной чувствительностью. Это условие выполняется при правильном выборе угла ввода УЗ-колебаний.

Анализируя изменения термоэдс и учитывая то, что величина зерна образцов была меньше площади контакта и результат усреднялся по нескольким измерениям, а также принимая во внимание высокую чувствительность термоэдс к механизму деформации [11], можно предположить, что при акустической усталости сначала пластическая микродеформация происходит только в наиболее благоприятно ориентированных зернах, т. е. с наименьшим критическим скалывающим напряжением в одной из систем скольжения. После упрочнения данной системы вступает в работу следующая система скольжения с собственной стадией легкого скольжения и т. д. Происходящее при этом изменение плотности и характера дефектов приводит к соответствующему изменению термоэлектрической силы.

Если считать, что процесс усталостного разрушения на стадии возникновения усталостной трещины состоит из двух этапов (1 — возникновение поверхностных трещин в результате скольжения в наиболее благоприятно ориентированных зернах и 2 — преодоление трещиной границы зерна и распространение ее на несколько зерен), то можно предположить, что на первом этапе основное влияние на разрушение оказывают амплитуда касательных напряжений и их градиент, а на втором — максимальные нормальные напряжения. Таким образом, параметром, которым различаются переход от первого ко второму этапу развития начальной усталостной трещины при изгибе и кручении, является критический размер трещины. При изгибе это примерно одно-два кристаллических зерна, при кручении — площадка размером до 1 мм. Сопоставление числа первичных усталостных трещин, возникающих на поверхности образцов при кручении и изгибе, в условиях действия критического напряжения сдвига на базе 107 циклов нагружения, показывает, что при кручении начальных трещин образуется значительно больше (табл. 10).

Металл состоит из отдельных беспорядочно ориентированных кристаллов неправильной формы — зерен. При повторных нагружениях в отдельных наименее благоприятно ориентированных зернах, расположенных в зоне действия максимальных напряжений, возникает сдвиг — пластическая деформация. При повторных на-7—2306 97

Для оценки накопленных в процессе деформирования повреждений в материале предложены различные скалярные и тензорные параметры [48—61]. Одним из таких параметров является изменение плотности, характеризующее не только качественные структурные повреждения, но и являющееся количественной характеристикой повреждаемости (пластического разрыхления) материала. Как показывают многочисленные исследования [51, 56, 58, 67—69], остаточное изменение плотности (или остаточное изменение объема) непосредственно отражает микропроцесс накопления повреждений (образование микропор и микротрещин) и является его количественной характеристикой. Теория пластического разрушения, основанная на росте пор, правильно описывает качественную зависимость разрушения от предыстории деформации, гидростатической составляющей напряжения, от отношения размеров образца к расстоянию между включениями и от анизотропии включений [67]. На первой стадии разрушения необратимое изменение объема (пластическое разрыхление) мало по сравнению с амплитудными значениями компонент тензора деформации. К концу второй стадии при циклическом деформировании остаточное изменение объема может быть соизмеримо с амплитудными значениями интенсивности пластических деформаций и достигать значений (1—5)-10~3 [51, 58, 59]. Важность необратимого изменения объема в оценке прочности материала подчеркивается также тем, что при таких воздействиях, как облучение материала конструкции потоками различного рода частиц, происходит образование объемных дефектов в кристаллической решетке, приводящих к распуханию материала и снижению его прочности. Например, накопление межузельных атомов приводит к образованию дополнительных растягивающих усилий, которые способствуют раскрытию благоприятно ориентированных микротрещип [70]. Уменьшение критического напряжения пропорционально радиапионному объемному распуханию материала, для которого может бытыюлучено соответствующее кинетическое уравнение [70].

лов, как это наблюдается у благоприятно ориентированных моно-

Пластическая деформация поликристаллов. Пластическая деформация поликристаллического металла протекает аналогично деформации монокристалла путем сдвига (скольжения) или двойникования. Формоизменение металла при обработке давлением происходит в результате пластической деформации каждого зерна. Плоскости и направления скольжения в каждом зерне различные. При увеличении внешней силы скольжение первоначально начинается в наиболее благоприятно ориентированных зернах, где достигнуто критическое касательное напряжение. Движение дислокаций, начавшееся в одном зерне, не может переходить в соседнее зерно, так как в нем системы скольжения ориентированы по-иному.