Кратковременной прочности

Качественно жаропрочность выражается тремя характеристиками: кратковременной прочностью, ползучестью и длительной прочностью.

В работе [38] исследованы свойства длительной прочности вольфрамовой проволоки диаметром 0,005 дюйм (тип 218 GS «Дженерал Электрик») в интервале до 225 ч при температурах от 649 до 1374 °С, результаты приведены на рис. 8. В противоположность большому разбросу значений прочности, типичному для волокон стекла, бора и графита, для вольфрамовой проволоки разброс результатов очень мал (рис. 8). Данные представлены логарифмической зависимостью напряжения от времени и аппроксимируются прямой линией. Называя значения прочности проволок при долговечности в 0,1 ч «кратковременной» прочностью, можно видеть, что потеря прочности с увеличением продолжительности нагружения при 649 °С составляет около 10% для каждого временного порядка. Для более высоких температур испытания потеря прочности даже больше и достигает при 1374 °С примерно 20% на каждый временной порядок (в случае стеклян-

Расположение кривых термической усталости жаропрочных сплавов (см. рис. 4, а, кривые 1—3) также коррелирует с располагаемой пластичностью сплавов: при малых числах циклов, когда удельный вес пластической деформации в цикле значителен и ее роль в формировании предельных повреждений существенна, менее долговечным оказывается и менее пластичный сплав ЭП-220 и, наоборот, при больших числах циклов сплав ЭП-693ВД оказывает меньшее сопротивление термической усталости как обладающий несколько меньшей кратковременной прочностью.

Уже из этих неполных данных вытекает вывод, что надежные рабочие напряжения слоистых стеклопластиков очень низки по сравнению с их кратковременной прочностью.

Как было отмечено, в результате длительного действия нагрузки на полимерный материал он деформируется, изменяет прочность на более низкую по сравнению с кратковременной прочностью. Пока еще не определены показатели длительной прочности для всех полимерных материалов, но на основании имеющихся уже сейчас данных можно сделать следующие выводы.

(фиг. VI. 7 и VI. 8); объем отдельных исследований все же невелик, а их результаты часто трудно сравнить. Во многих работах приводятся зависимости между кратковременной прочностью аг и усталостной о_1г обычно в виде

В то же самое время группа сотрудников во главе с Ан-дерсом внедрила на фирме "DuPont" метод дисперсного оксидного упрочнения. Реализуемое методами порошковой металлургии, оно характеризуется созданием очень мелкодисперсной структуры и возникновением сверхпластичности сплавов. В сочетании с высокой кратковременной прочностью механически легированные деформируемые сплавы, дисперсно упроч-

Так, методом динамического горячего прессования в вакууме пакетов из чередующихся слоев жаропрочного никельхромовольфрамово-го сплава ХН60В и слоев проволоки ВТ 15 диаметром 0,15—0,18 мм получают композицию, отличающуюся повышенной кратковременной прочностью при 1100—1200 °С по сравнению с неармированной матрицей (рис. 10.15). Прочность вольфрамовой арматуры до конца не используется в связи с появлением дефектов в отдельных волокнах при ударном уплотнении. Модуль упругости ком-

Эффект ВТРО выражается в снижении длительной пластичности и прочности и в уменьшении относительного удлинения при кратковременных испытаниях при температуре выше 600 °С (табл. 8.47, рис. 8.3). ВТРО характеризуется межзеренным хрупким разрушением, проявляется после инкубационной дозы F = 10 —10 нейтр/м в широком интервале температур облучения, чувствительно к тепловым нейтронам, не устраняется отжигом. Температура начала охрупчивания снижается с ростом флюенса (рис. 8.3, кривая 3), отсутствует корреляция с кратковременной прочностью. Возможные причины ВТРО: необратимое относительное разупрочнение границ зерен в результате радиационного старения, радиационно-стимулированной зернограничной сегрегации вредных примесей (Р, S, Pb, Bi, As, Sn, Sb, N, О, Н) и образования на границах газовых пузырьков трансмутантных гелия и водорода. ВТРО усиливается с увеличением флюенса и температуры испытания, содержания никеля и вредных примесей, в дисперсионно-твердеющих сталях и никелевых сплавах; ослабляется предварительной холодной пластической деформацией, термомеханической обработкой, резким измельчением зерен, легированием W, Mo, Nb, Ti, В.

Так, методом динамического горячего прессования в вакууме пакетов из чередующихся слоев жаропрочного никельхромовольфрамо-вого сплава ХН60В и слоев проволоки ВТ15 диаметром 0,15-0,18 мм получают композицию, отличающуюся повышенной кратковременной прочностью при 1100-1200 °С по сравнению с неармированной матрицей (рис. 13.5). Прочность вольфрамовой арматуры до конца не используется в связи с появлением дефектов в отдельных волокнах при ударном уплотнении. Модуль упругости композиции ст МПа увеличивается с ростом содержания упрочнителя согласно закону аддитивности, и при 34 % проволоки ВТ 15 он составляет 265 • 103 МПа. Длительная прочность композиции ХН60В—ВТ15 (34 %) на базе 100 ч при 1100 и 1200 °С равна соответственно 104 и 55 МПа.

Длительная lQ-ч прочность листового материала, упрочненного обработкой холодом со старением, совпадает с кратковременной прочностью до 300° С, а упрочненного нагартовкой со старением — до 400° С.

Холодные трещины — один из случаев замедленного разрушения «свежезакаленной» стали. Закономерности замедленного разрушения следующие: 1) разрушение носит межкристаллический характер; 2) разрушение происходит через некоторый инкубационный период после приложения нагрузки при условии деформирования с малыми скоростями (ё ^ 10~4 с ) или действия постоянного усилия; 3) сопротивляемость замедленному разрушению значительно меньше кратковременной прочности и зависит от времени действия нагрузки (рис. 13.27); 4) сопротивляемость замедленному разрушению стремится к некоторому минимальному значению (0р.тт), которое соответствует периоду времени 10...20 ч после окончания термического воздействия и приложения минимальной разрушающей нагрузки; затем сопротивляемость разрушению возрастает в течение от 1 сут до 10 сут в результате так называемого процесса «отдыха»; 5) склонность к замедленному разрушению полностью подавляется при охлаждении ниже 200 К, восстанавливаясь при последующем нагреве до нормальной температуры, заметно ослабляется при нагреве до 370...420 К и полностью исчезает при нагреве до 470...570 К.

Ряд конструктивных решений при проектировании и изготовлении узлов и деталей позволил создать универсальную микромашину для определения характеристик кратковременной прочности на разрыв, ползучести и длительной прочности при высоких температурах в условиях вакуума и инертной среды.

Для получения характеристик кратковременной прочности к образцу, находящемуся между неподвижным и подвижным / захватами, прикладывается растягивающая нагрузка от нагружающего механизма через шток 4, проходящий в сменной направляющей 5, и призматический ловитель 3, действующий на динамометрическую балочку 2. Нагружающий шток перемещается с требуемой скоростью.

164. Руденко В. Н., Харченко В. К., Городецкий С. С. Исследование кратковременной прочности тугоплавких металлов при температурах 20—2700° С.— В кн.: Вопросы высокотемпературной прочности в машиностроении. Киев : Изд-во АН УССР, 1963, с. 10—15.

Рис. 2\. Пределы кратковременной прочности (сплошные линии) и длительной прочности при скорости ползучести \ % за 100 ч (штриховые линии) эвтектического сплава 73С (система Со—Сг с карбидным упрочнением) и жароярочного сплава на кобальтовой основе Маг М-302.

изготовляли из эпоксидного боропластика, заполнитель и лонжероны — из стеклопластика, корневая часть, нервюры, фитинги шарнира, прокладки для соединений — из титана. Проектирование было основано на реальных требованиях по прочности и жесткости для существующих металлических аналогов. Большое сомнение при проектировании вызывала передача нагрузок от обшивок к титановым соединительным прокладкам как с точки зрения кратковременной прочности, так и усталости. Передача нагрузки осуществлялась через плоские клеевые соединения. Для достижения совместности деформаций и снижения высокой концентрации напряжений титановые прокладки толщиной 6,35 мм заострялись по кромкам, длина нахлеста по внешней кромке соединения составляла не менее 38 мм. Разрушение агрегата в процессе статических испытаний произошло при нагрузке, составляющей 89% максимальной расчетной, вследствие более высокой, чем предполагалось, концентрации напряжений в клеевом слое у кромок титановых прокладок. Агрегат успешно выдержал усталостные испытания, имитирующие четыре ревурсных срока при характерных для стабилизатора условиях нагружения. Остаточная прочность в момент разрушения составляла 75% исходной, характер разрушения был таким же, как и при статических испытаниях.

В работе [47] проведено обширное исследование по статической усталости волокон из Е-стекла при комнатной и повышенной температурах (рис. 1). Результаты имеют значительный разброс, в особенности при более низких температурах, но для оценки усталости можно сделать разумные аппроксимации. Интервал времени, охваченный в этих экспериментах, составляет от 1 до 1200 мин, а понижение прочности за этот период составляет от 40 000 до 65 000 фунт/дюйм2. По мере повышения температуры стекло теряет свою прочность, в результате стеклянные волокна лишаются большей части своей кратковременной прочности. При комнатной температуре волокна теряют около 3% от кратко-

При исследовании композитов титан — бор в работе [42] испытаны также моноволокна бора в условиях ползучести при повышенной температуре (538 °С). Волокно нагружалось до 219-103 фунт/дюйм2, что составляет около 55% от его кратковременной прочности при этой температуре (рис. 5), и наблюдалась небольшая ползучесть в конце 15-часового эксперимента, после которой волокно разгружалось и фиксировалась остаточная деформация (рис. 6). Сравнение приведенного результата на ползучесть с испытанием на длительную прочность рис. 4 показывает улучшение прочностных свойств волокон [42] по сравнению с волокнами [14]. Улучшение касается как максимальной прочности

(кратковременной) прочности пучков параллельных нитей (без матрицы), предложенного в [15]. Эта модель содержит три идеализированных предположения: 1) нагружение осуществляется в направлении волокна; 2) вероятность разрушения волокон зависит только от нагрузки и прошедшего времени (без их взаимовлияния); 3) длительная прочность одного волокна характеризуется мгновенным разрушением без предварительной потери прочности. Выбирая соответствующую функцию для описания длительной прочности отдельных волокон, можно определить в каждый момент долю волокон в пряди, остающуюся неповрежденной. Используя информацию о длительной прочности отдельных волокон, можно определить, могут или нет эти оставшиеся волокна выдержать приложенную нагрузку.

Вязкий Потеря кратковременной прочности По предельному состоянию

Экономайзеры Прямые трубы и гибы Продольные разрывы Вязкий Утонение стенок от износа и потеря кратковременной прочности По предельному состоянию