Кинетической диаграмме

При оценке циклической долговечности нельзя ошибаться (или допускать погрешность) в сторону завышения числа Np, так как это может привести к катастрофическим последствиям при принятии решений по результатам расчета. Погрешности в сторону занижения числа Np допустимы, так как они идут в запас долговечности. Поэтому в настоящей методике, во-первых, предлагается уравнение Пэриса-Махутова продолжить в область малых АК[ (или АК[е), как показано на расчетной диаграмме усталостного разрушения (рис. 5.6, б). Eto-вторых, предлагается не рассматривать подобласть III. Для этого считается долговечность исчерпанной, как только АК[ (или АК(е) по мере роста трещины доходит до границы II и III подобластей кинетической диаграммы циклического разрушения.

Получаемый массив экспериментальных данных позволяет аттестовать материалы по сопротивлению разрушению при статическом, циклическом и ударном нагружении с определением предела усталости ст.ь статической (Kic) и циклической (Kifc, K^) трещиностойкости на основе испытаний крупногабаритных образцов линейной механики разрушения с построением (при циклическом нагружении) кинетической диаграммы усталостного разрушения (КДУР), а также показателей сопротивления разрушению при ударном нагружении -критические температуры хрупкости КТХ, ударная вязкость.

для точки 1 кинетической диаграммы для сплавов железа, титана и алюминия. Значения Кц>с характеризует верхнюю границу отрыва в условиях плоской деформации, и поэтому оно близко к значению К]С, определяемому в опытах при статическом разрушении.

Для построения кинетической диаграммы ограничимся деформационным критерием разрушения. Предположим, что акт локального разрушения произойдет тогда, когда на границе области интенсивной пластической деформации у вершины трещины х == = хс (хс ~ 6) будет достигнуто некоторое критическое значение концентрации С„. Это значение определяется величиной деформации впереди вершпны трещпны:

Для вывода на остове выражения (47.23) уравнения кинетической диаграммы разрушения / = /(А') необходимо заметить следующее. Если при данном К моменту разрушения соответствует ниспадающая ветвь кривой С — С(х, t*), О^х^б, то в качестве длины элементарного скачка трещины естественно принять А/ = = хс = б. Если же этому моменту соответствует восходящая ветвь (рис. 47 ..5, б), то зона предразрушения при подрастании трещины пересечет область, достаточно насыщенную водородом, а длина элементарного скачка трещины увеличится до границы, от которой начинается резкое убывание функции С(х, t%), т. е. до Д/ = => хт = 26. Таким образом, в качестве длины скачка трещины следует принять А/ = и(т)б, где величина 1 < х(т) < 2 учитывает характер распределения концентрации впереди вершины трещины.

Теперь, учитывая, что функция С(т, ?, т) из (47.12) есть функция безразмерных переменных (47.7)) пз соотношений (47.12)!—(47.14) и (47.22) — (47.24) можно получить уравнение кинетической диаграммы разрушения

известном эффекте чувствительности пластичности наводорожен-ного образца к таким параметрам испытания, как скорость и длительность нагруження [406]. Достоверное определение концентрации водорода в наименьшем сечении в момент разрушения образца весьма затруднительно. Что касается использования для теоретического построения кинетической диаграммы разрушения зависимости пластичности наводороженного образца от средней концентрации в нем водорода if> = if(Cn), то на основании несложного анализа можно заключить, что в этом случае расчетные значения скорости роста трещины окажутся завышенными по сравнению с результатами, которые получились бы при использовании более корректной зависимости ty — ty(C^)-

Коррозионная трещиностойкость металлов и сплавов при циклическом нагружении оценивается, как правило, на основании кинетических диаграмм усталости, на которых, как и в случае испытаний в инертных средах, скорость распространения трещины выражается как функция амплитудных значений коэффициента интенсивности напряжений А/С (иногда максимального значения коэффициента интенсивности напряжений за цикл нагружения Я'ши). Из начального участка кинетической диаграммы определяют амплитудное пороговое значение &K,hc исследуемой пары металл — среда для определенных условий испытания (коэффициент асимметрии, частота и форма цикла нагруженпя).

На кинетической диаграмме высокотемпературной коррозии дается удельное уменьшение массы металла на единицу поверхности либо глубина -коррозии в зависимости от времени в виде линий постоянных температур. При построении кинетической диаграммы коррозии исходят из формулы (3.10), с использованием логарифмических координат In q — In т или In As — In т. В таких координатах зависимость q=q(t) при постоянных температурах изображается прямыми линиями.

Рис. 3.1. Схема кинетической диаграммы коррозии металла в первоначальной

Таким образом, исходя из заданного -ступенчатого изменения температуры со временем, при помощи формулы (3.40) либо при использовании кинетической диаграммы коррозии (рис. 3.3) можно вычислить суммарное удельное уменьшение массы металла

Это позволяет использовать постоянные разрушения А и В для прогнозирования параметров, контролирующих другие точки бифуркаций (1 и 3) на кинетической диаграмме усталостного разрушения с использованием параметра п - количественного показателя динамической структуры [3]. При этом необхо-

При исследовании закономерностей роста трещины в металлах, взаимодействующих с водородом, большое распространение приобрел подход, связанный с изучением зависимости скорости роста трещины / = dl/dt от коэффициента К, называемой кинетической диаграммой растрескивания. В этих диаграммах обнаруживаются такие качества, которые позволяют считать их основными для систем металл — водород, несущими наиболее полную и сопоставимую информацию о трещиностойкостп материалов. По-видимому, все определяемые экспериментально параметры и зависимости (характеризующие трещнностойкость системы металл — водород) прямо содержатся в кинетической диаграмме (А',л, Км) или могут быть рассчитаны на ее основе. Например, можно построить диаграмму замедленного разрушения в -коорди-

На кинетической диаграмме высокотемпературной коррозии дается удельное уменьшение массы металла на единицу поверхности либо глубина -коррозии в зависимости от времени в виде линий постоянных температур. При построении кинетической диаграммы коррозии исходят из формулы (3.10), с использованием логарифмических координат In q — In т или In As — In т. В таких координатах зависимость q=q(t) при постоянных температурах изображается прямыми линиями.

Очевидно, что при T=const dlnq/d\m;=n(T) и наклон прямых в координатах In q — In т равен показателю степени окисления при заданной температуре. Если показатель степени окисления металла не зависит от температуры, то построенные прямые линии на кинетической диаграмме при любых температурах имеют один и тот же наклон и являются между собой параллельными 98

В более сложном случае, когда показатель степени окисления является функцией температуры, прямые для различных температур в кинетической диаграмме коррозии образуют семейство непараллельных линий. В -зависимости от условий коррозии и свойств корродирующего материала, степень показателя окисления может с повышением температуры увеличиваться либо уменьшаться. Такая закономерность изменения п от температуры может ограничиваться определенными областями температуры.

Если линии на кинетической диаграмме коррозии в координатах In q — In т при постоянной температуре изображаются прямыми, то в области т<Тр в этих же координатах они имеют более сложный характер. В соответствии с формулами (3.19) и (3.22) логарифм удельного уменьшения массы металла в ходе коррозии в первоначальной стадии можно условно рассматривать как сумму из двух составляющих: удельное уменьшение массы металла, которое имело бы место при существовании лишь основной стадии . процесса, и добавка из-за существования первоначального участка N или М. Первое слагаемое в координатах Inq — In т растет прямолинейно со временем, а второе асимптотически приближается к прямой In <7o- •- :-

Рис. 3.3. Изображение характеристик коррозии,на кинетической диаграмме при ступенчатом изменении температуры металла

Развитие коррозии металла в зависимости от времени определено показателем степени окисления, для аустенитной стали 12Х18Н12Т в продуктах сгорания мазута «=—0,19+0,950- 103 Т и увеличивается с повышением температуры. Поэтому наклон линии T=const на кинетической диаграмме коррозии и координатах InAs — 1пт со снижением температуры металла уменьшается и развитие процесса коррозии стали со временем замедляется.

Для контроля поведения металла труб в пароперегревателе на уровне обмывочного аппарата установлены контрольные вставки. Проверка металла'проводилась через 7,14 и 27,5 тыс. ч работы труб. Измеренные в течение этих периодов работы максимальные глубины износа труб под влиянием стабильных золовых отложений сланцев показаны на кинетической диаграмме коррозии стали 12Х1МФ на рис. 5.25. Максимальное отклонение глубины износа труб от среднекинетической за 27,5 тыс. ч работы составляет 6As=+0,2 мм для труб, работающих при температуре внешней \ поверхности металла 450 °С, и 6As=+0,l мм для труб, работающих при ?==525 °С. Таким образом, благодаря использованию

В предложенном виде структура соотношения (5.43) указывает на единое кинетическое описание процесса роста усталостных трещин во всем диапазоне скоростей в соответствии с первым уравнением синергетики. Это позволяет считать, что наиболее длительным процесс роста трещин может быть только в случае сохранения постоянной деформации от момента возникновения трещины до разрушения материала. И при этом последовательность переходов от одного механизма разрушения к другому в связи с изменением способа поглощения энергии, сменой масштабных уровней протекания процесса разрушения и прочее — не будет отражена на кинетической диаграмме. Она на всех

Ориентационная зависимость роста трещин от соотношения главных напряжений характерна для тонких пластин. В них развитие трещины не может быть реализовано в полной мере на стадии нормального раскрытия берегов трещины вплоть до предельной величины вязкости разрушения для изучаемого материала. Наличие скосов от пластической деформации приводит к тому, что уже при небольшом размере трещины плоский излом составляет чуть больше половины толщины пластины. Очевидно, что для толщины менее 2 мм, когда ориентационная зависимость от главных напряжений роста трещины наиболее заметна, полное смыкание скосов от пластической деформации достигается при существенно меньших величинах КИН, чем циклическая вязкость разрушения материала, отвечающая окончанию второй стадии роста трещины по его полной кинетической диаграмме. Поэтому в критерии, учитывающем изменения в траектории трещины, следует вводить ограничения по величине Ке, когда еще правомерно говорить о нормальном раскрытии берегов трещины до момента полного смыкания скосов от пластической деформации.