Изменение циклической

Из сказанного выше вытекает, что в рассмотренном диапазоне скоростей деформирования влияние скорости в прямой форме н& проявляется, а изменение циклических свойств должно быть отнесено за счет различного времени деформирования при одинаковом числе циклов. Соблюдение условия подобия предполагает, кроме того, раздельное влияние времени деформирования, числа циклов и уровня исходного деформирования на величину необратимой деформации. Это раздельное влияние может быть проверено постановкой специального эксперимента, сочетающего циклическое деформирование с выдержками в течение определенного времени без нагрузки. Немаловажной является и возможность установления закономерностей циклического деформирования с температурными выдержками, поскольку работа конструкций часто протекает именно таким образом.

Таким образом, при циклическом упруго-пластическом деформировании аустенитной стали Х18Н10Т развитие процессов деформационного старения зависит от условий нагружения (температура испытания, уровень нагрузки и форма цикла). При испытании в условиях интенсивного деформационного старения (650° С) процессы упрочнения и охрупчивания материала связаны с образованием карбидной фазы (в основном карбида Ме2зС6), при других температурах нагружения (например, 450° С) процессы упрочнения и изменения пластичности материала могут быть связаны с формированием блочной структуры. При этом карбидообразование протекает менее интенсивно и существенно зависит от формы цикла (причем в отличие от испытаний при 650° С при 450° С наблюдается в данной стали преимущественно карбид МеС). Развитие карбидообразования и формирования блочной структуры в зависимости от уровня нагрузки при 450° С, так же как и при 650° С, может приводить к возникновению хрупких состояний, и излом при этом носит хрупкий характер. В связи с изложенным, наблюдающееся изменение циклических характеристик (ширина петли гистерезиса, односторонне накапливаемая деформация, предел текучести и др.) при температуре 650° С может быть связано в основном с развитием деформационного старения (выпадением карбидных частиц), а при 450° С — с формированием блочной («решетчатой») структуры.

Наряду с изменением деформационных характеристик с ростом температуры изменяется предел прочности и текучести (пропорциональности). Особенно заметно изменение циклических пределов пропорциональности. Причем оно может быть как в сторону уменьшения, так и увеличения. Структурные изменения интенсифицируют процессы изменения циклических пределов пропорциональности. В случае значительного деформационного старения их значения могут существенно увеличиваться, как это показано на рис. 2.16, в виде изменения по циклам отношения величин циклического предела пропорциональности ор к величине предела пропорциональности при исходном (статическом) нагружении а^-

При этом структуру уравнения обобщенной диаграммы деформирования в некотором полуцикле k, когда при повышенной температуре общее время деформирования может оказывать влияние на изменение циклических свойств материала, можно представить в виде

Рекуррентная формула (4.36) позволяет путем обращения формулы Мэнсона—Лангера рассчитать на ЭВМ функцию Да = = / (еа), с помощью которой можно рассчитать накопленное повреждение а при произвольной истории нагружения. Изменение циклических свойств материала в процессе нагружения может быть учтено с помощью функции /2 (а). Таким образом, предложенный алгоритм позволяет обобщить широко используемую формулу Мэнсона—Лангера на случай произвольной истории еа (п) при изменяющихся в процессе жесткого нагружения свойствах материала.

Рассмотренные выше температурно-временные закономерности располагаемой пластичности показывают, что изменение циклических свойств конструкционных материалов при малоцикловом неизотермическом нагружении в значительной степени определяются сочетанием формы и длительности циклов нагружения и нагрева.

На рис. 3.4 показано изменение циклических пределов упругости для циклически упрочняющегося алюминиевого сплава АД-33 (кривые 1), циклически разупрочняющейся стали ТС (кривые 3) и циклически стабильных стали 22к (кривые 2) и стали Х18Н10Т (кривые 4), причем темные точки для всех материалов относятся к полуциклам растяжения, а светлые — к полуциклам сжатия. Отсюда следует, что для монотонно упрочняющегося сплава АД-33 предел упругости, падая по сравнению с исходным в первые циклы нагружения, затем начинает возрастать на фоне уменьшения с числом циклов нагружения величины циклической пластической деформации. Предел упругости в полуциклах сжатия как в первом полуцикле (эффект Баушингера), так и в последующих (циклический эффект Баушингера) имеет несколько меньшую величину, повторяя при этом характер изменения предела упругости в полуциклах растяжения. У циклически разупрочняющейся стали ТС как при исходном нагружении, так и в последующих циклах происходит уменьшение значений ар, что является следствием ее разупрочнения (увеличения с числом циклов ширины петли гистерезиса). При этом степень уменьшения циклического предела упругости зависит от величины упругопластиче-ских деформаций (нагрузки) и, следовательно, от интенсивности разупрочнения. Так, при аа = 560 МПа (рис. 3.5,6) ор снижается в среднем на 32% (кривые Jf), а при аа = 470 МПа (кривые 3) — на 23%. В случае исходного деформирования в направлении сжатия в первом цикле наблюдается наибольшее значение предела упругости именно в полуцикле сжатия, а в полуцикле растяжения оно наименьшее (кривые 2), но при последующем нагружении уже во 2-м цикле характер изменения стр и о'р становится таким же, как и при исходном нагружении в сторону растяжения (кривые 1). У циклически стабильной стали 22к (кривые 2) в первые циклы нагружения наблюдается уменьшение циклического предела упругости, а затем он сохраняется на одном уровне. У стали Х18Н10Т, которая при Т = 20° С является циклически

Рис. 5.8. Изменение циклических деформационных характеристик стали Х18Н10Т при моногармоническом нагружении

Рис. 5.9. Изменение циклических деформационных характеристик стали Х18Н10Т при двухчастотном нагружении

Тис. 5.10. Изменение циклических деформационных характеристик стали Х18Н10Т при нагружении с выдержками (т = 5 мин, Т = 650° С)

Рис. 5.14. Изменение циклических деформационных характеристик стали Х18Н10Т при двухчастотном мягком нагружении с большим соотношением частот (oVu^ = 18 000, Т = 650° С)

Рис. 5.24. Характер кривых статического растяжения упрочняющегося, разупрочняющегося и циклически стабилизирующегося материалов (а) и изменение циклических свойств (6)

Рис. 16. Изменение циклической вязкости в процессе нарастания числа циклов в зависимости от напряжения

Изменение циклической частоты вибрации достигается сменой шкивов клиноременной передачи, набор которых имеется на установке.

К первой группе принадлежат металлы, которые не проявляют способности к механическому старению при повторных напряжениях. Изменение циклической вязкости ме-

Вторая группа металлов обнаруживает весьма заметную склонность к механическому старению в процессе повторных нагружений. Изменение циклической вязкости металлов этой второй группы имеет характер, показанный на фиг. 196. Так же как и в случае, рассмотренном выше, при напряжениях aj и о2, превышающих предел усталости, увеличение ширины петли Д продолжается с нарастанием числа циклов до разрушения. При напряжении ag, оавном пределу усталости, ширина

Рис. 5. Изменение циклической вязкости в зависимости от напряжений: / — серый чугун; 2 — ВЧ; 3 — сталь

Рис. 16. Изменение циклической вязкости в процессе нарастания числа циклов в зависимости от напряжения

Рис. 4.1. Изменение циклической (а) и односторонне накопленной (б) пластических деформаций для стали 22К в зависимости от условий предварительного деформирования

деформации е^ при таком же режиме нагружения стали 15Х2МФ с уровнями напряжений 501 = 1_,04 и ао2 = 1,15 (рис. 4.2, б). Как и при рассмотрении кинетики 6<*> в этих условиях, обнаруживается удовлетворительное соответствие между расчетом (сплошные линии) и экспериментом (точки), за исключением начальных участков блоков нагружения, когда проявляются эффекты нестабильности рассматриваемых параметров. Последние удается в полной мере учесть при описании кинетики диаграмм деформирования на основе представлений об одинаковой повреждаемости материала на определенных стадиях его циклического деформирования, включая и режимы ступенчатого изменения амплитуд напряжений [4]. Об этом свидетельствуют данные, приведенные на рис. 4.3, на котором показано изменение циклической пластической деформации 6(k> в полуциклах растяжения и сжатия, а также односторонне накопленной деформации ё№) для стали

Рис. 4.7. Изменение циклической пластической деформации 6^ при различной температуре в процессе мягкого малоциклового нагружения

Рис. 4.8. Изменение циклической и накопленной пластических деформаций при мягком нагружении стали Х18Ы10Т (450° С) с различными формами цикла

Рис. 4.9. Изменение циклической (а) и накопленной (б) пластических деформации для стали Х18Н10Т (650° С) при мягком нагружении с треугольной формой цикла