Кратковременной ползучести

Деталь, проработавшая определенное время в условиях ползучести, разрушается при пластической деформации во много раз меньшей, чем при разрушении от кратковременной перегрузки при той же температуре. Повышение рабочих температур на тепловых электростанциях привело к тому, что многие детали работают в области температур, при которых проявляется ползучесть.

Поломка зуба возможна в результате значительной кратковременной перегрузки (пиковой нагрузки), при которой статическая прочность окажется недостаточной, т. е. фактические напряжения превысят предел прочности.

Исследование первоначально отказавшей детали с целью установления причин появления в ней трещины, выявленной при техническом обслуживании ВС в условиях эксплуатации или при его ремонте, подразумевает проведение комплекса лабораторных исследований. Собственно фрактографическому анализу — изучению излома — предшествует анализ условий работы детали, ее нагруженное™, повторяемости аналогичных разрушений и пр [6-13]. В задачу анализа излома элемента конструкции входит первоначальная оценка природы возникновения трещины, получение информации о процессе ее распространения и условиях перехода к окончательному разрушению. Указанные три этапа накопления повреждения в конструкции до ее окончательного разрушения могут оказаться невзаимосвязанными. Зарождение трещины может быть следствием высокой концентрации напряжений, вызванной наличием производственного дефекта материала (поры, раковины и пр.). При этом развитие трещины может быть обусловлено, например, высоким уровнем напряжения, не соответствующим заложенной конструктором в расчете величине напряжения. Наконец, окончательное разрушение может быть результатом кратковременной перегрузки

без пластической деформации. Поверхность или приповерхностные слои границ зерен являются главным местом сосредоточения различного рода неоднородностей в строении металлов и сплавов. К числу этих неоднородностей относятся и дефекты производства (при литье, при обработке давлением, при термообработке), способные в ряде случаев резко снизить зерногра-ничную прочность и вызвать охрупчивание материала (рис. 2.2). Возможно создание значительного уровня объемных остаточных напряжений, которые в совокупности с эксплуатационными нагрузками релаксируют путем создания первоначально зон хрупкого межзеренного растрескивания материала, предшествующих усталостной трещине (рис. 2.3). Концентрация выделений может быть ничтожно малой, так что поверхность разрушения не содержит никаких признаков гетерогенности, связанной с присутствием охрупчивающих примесей. Помимо того возможно разупрочнение приграничных объемов металла за счет "выгорания" основных элементов, например при наличии в материале поверхностных повреждений в виде прижогов. Возникающая межзеренная трещина характеризуется таким же состоянием поверхности границ в изломе (рис. 2.4), как и при малой концентрации охрупчивающих примесей. Механизм образования межзеренных трещин при наличии примесных выделений или, напротив, при выгорании основных элементов может быть следствием замедленного хрупкого разрушения [33, 34], а также может быть результатом кратковременной перегрузки материала и хрупким надрывом по приграничным зонам с пониженной вязкостью разрушения.

В результате развития ползучести увеличивается диаметр и уменьшается толщина стенок труб. Деталь, проработавшая определенное время в условиях ползучести, разрушается при пластической деформации во много раз меньшей, чем при разрушении от кратковременной перегрузки при той же температуре.

В результате развития ползучести увеличиваются диаметры и уменьшаются толщины стенок труб. Деталь, проработавшая определенное время в условиях ползучести, разрушается при пластической деформации во много раз меньше, чем от кратковременной перегрузки при той же температуре.

элементов котлов, работающих при температурах выше 450°С, подвержен ползучести. В результате развития ползучести увеличивается диаметр и уменьшается толщина стенок труб. Деталь, проработавшая определенное время в условиях ползучести, разрушается при пластической деформации во много раз меньше, чем при разрушении от кратковременной перегрузки при той же температуре.

где кп — кратность кратковременной перегрузки.

осевая нагрузки; X и Y — коэффициенты радиальной и осевой динамической нагрузки; V — коэффициент вращения. При вращении внутреннего кольца относительно вектора силы V = 1 и V = 1,2 при вращении наружного кольца. Для сферических подшипников в любом случае V = \. Коэффициент КБ =1...3 учитывает динамичность нагрузки и равен отношению кратковременной перегрузки к расчетной нагрузке. Температурный коэффициент АГТ > 1 учитывает влияние температуры выше 100 °С . При температуре ниже или равной 100 °С Кт -1.

Отмечаем, что и для первой ступени основным критерием работоспособности является сопротивление контактной, а не изгибной усталости. Далее выполняют проверочный расчет на прочность при действии кратковременной перегрузки по аналогии с п. 8.

Далее выполняют проверочный расчет на прочность зубьев по контактным и изгибным напряжениям при действии кратковременной перегрузки по аналогии с п. 8 примера 8.1.

В соответствии с этим представляется целесообразным располагать данными по ползучести, длительной прочности и разрушающим деформациям при соответствующих уровнях постоянных напряжений в широком диапазоне времени до разрушения, в том числе и для кратковременной ползучести. С другой стороны, было бы важно получить данные о сопротивлении циклическому деформированию и разрушению без учета влияния времени для того, чтобы оценить деформацию ползучести и циклическую пластическую деформацию, а также соответствующие им повреждения. Такие данные получить непосредственно из опыта представляет известные трудности, поскольку время цикла и общее время до разрушения в этом случае должны быть достаточно малы, чтобы не происходило развития деформаций ползучести и падения во времени пластичности и прочности. Следует заметить, что приемлемые в этом смысле частота и время до разрушения существенно зависят от температуры.

Теоретически зависимость напряжение — время значительно отличается от закона or = const. Однако в реальных условиях может быть использован ряд мер, приближающих режим испытаний к требуемому. В частности, закон, близкий or = const, реализуется: для стержней, соударяющиеся поверхности которых имеют вид полусферы; при ударе стальным шариком по плоскому торцу стержня; при ударе, когда к свободному концу образца присоединена достаточно большая масса, по которой наносится удар. Можно проводить испытания и в режиме постоянного напряжения о = const или нагрузки Р = const. Такой режим необходим, например, при исследовании запаздывания текучести или кратковременной ползучести. Для скоростного деформирования могут быть использованы различные методы. В каждом случае режим деформирования может быть определен путем исследования системы машина—образец. Наиболее простая задача сводится к исследованию системы с одной степенью свободы: например, при деформировании образцов из полимерных и текстильных материалов, проволоки из цветных металлов и т. д.

Исследование ставило задачей изучение кратковременной ползучести и жаропрочности сплава ЭИ437Б в разных условиях быстрого нагружения и нагрева с последующим временем испытания 5—7 мин. В задачу входило снятие кривых ползучести для температур 600 и 800°С и определение предела «длительной прочности» за время 5—7 мин. Испытания проводились на пятикратных цилиндрических образцах с резьбовыми головками, на гидравлической машине ИМЧ-30. Были проведены три серии экспериментов.

В работе приведены результаты исследования кратковременной ползучести сплава ЭИ437Б в разных условиях быстрого нагружения и нагрева с последующим временем испытания 5—-7 минут. Приведены кривые ползучести и определены пределы «длительной прочности» за это время.

Экспериментальные исследования поверхностей текучести прм сложном нагружении и переменных температурах в настоящее время выполнены недостаточно полно. Указанное обстоятельство объясняется сложностью учета в экспериментах временных эффектов при повышенных температурах [38—41]. В еще большей степени это относится к исследованию закономерностей ползучести при сложном напряженном состоянии и переменных температурах [19, 41]. В работе [41] авторы на основании проведенных экспериментов по кратковременной ползучести алюминиевого сплава при двухосном напряженном состоянии и резких изменениях температуры и напряженного состояния обсуждают концепцию о поверхности ползучести, аналогичную поверхности текучести в теории пластичности, и ее движении и изменении в зависимости от деформации ползучести. При этом термин «поверхность пол-

Кратковременная ползучесть (в течение 6 ч) большинства типов тензорезисторов, погруженных в трансформаторное масло при атмосферном давлении, не отличается от кратковременной ползучести того же типа тензорезисторов, исследованных в атмосферных условиях.

ний. Декер [3] сообщает о линейном увеличении 100-часовой длительной прочности с ростом величины / от 0,15 до 0,60 при 705—980 °С. Подобно Декеру, Джексон с сотрудниками [70] продемонстрировал резкий рост долговечности сплава MAR-M 200 в условиях кратковременной ползучести при 982 °С вследствие роста количеств мелкодисперсных выделений у'-фазы. Однако нельза ожидать, что мелкодисперсные выделения у' надолго сохраняться при 982°С. Так что возможность реализации этих результатов применительно к долговременной эксплуатации сплавов вызывает сомнения. В литейных сплавах объемную долю выделений у '-фазы можно увеличить повышением температур обработки на твердый раствор в интервале 1187—1250 °С. В новых монокристаллических суперсплавах отсутствуют элементы, упрочняющие границы зерен (С, В, Hf и Zr). Это приводит к повышению температуры плавления сплавов и позволяет повысить температуру обработки на твердый раствор с последующим ростом объемной доли частиц, выделяющихся в результате старения.

13. Разрыв при кратковременной ползучести.

Разрыв при кратковременной ползучести тесно связан с процессом ползучести, однако при этом зависимость напряжений и температуры от времени такова, что элемент разделяется на две части. При этом напряжения и температура, как правило, таковы, что период установившейся ползучести очень непродолжителен или совсем отсутствует.

Рис. 13.1. Иллюстрация ползучести и разрыва при ползучести (е.с — деформация ползучести). 1 — разрыв при кратковременной ползучести; 2 — разрыв при длительной ползучести; 3 — ускоренная ползучесть (стадия III); 4 — установившаяся ползучесть (стадия II); 5 — неустановившаяся ползучесть (стадия I).

используется для описания как разрыва при кратковременной ползучести, так и разрыва при длительной ползучести, однако некоторые предпочитают в случае, когда дело не доходит до установившейся ползучести, использовать термин «разрыв при кратковременной ползучести», а в тех случаях, когда разрушению предшествует процесс установившейся ползучести, они используют термин «разрыв при длительной ползучести» (или просто «разрыв при ползучести»). На рис. 13.1 показана разница между этими понятиями. Взаимодействие процессов, приводящих к разрыву при кратковременной ползучести и разрыву при длительной ползучести, еще не до конца изучено, однако оно весьма важно для многих современных технических систем.