Малоцикловой усталостью

В дальнейшем производятся проверочные расчеты остаточной работоспособности по критериям длительной статической и коррозионной трещиностойкости малоцикловой прочности и трещиностойкости в нейтральных и коррозионных средах, Ниже приведены рекомендации по выполнению проверочных расчетов по указанным критериям, опубликованные при участии автора в работе [31].

Ниже приведены результаты исследований малоцикловой усталости в области криогенных температур некоторых наиболее перспективных титановых сплавов по данным В. А. Стрижало. В широком диапазоне температур кривые малоцикловой прочности и кривые предельных пластических деформаций подобны кривым при 20°С и имеют участки с одинаковым характером разрушения. На рис. 64, 65 приведены кривые

Рис. 64. Кривые малоцикловой прочности отах, относительного удлинения 6 и относительного сужения ф титана при различных числе циклов Л/р и температуре: 1— — 269°С; 2-----196°С; 3—20°С; / — усталостное разрушение; //—квазистатическое разрушение; а —сплав ВТ1-0; б—сплав ВТ5-1; в —сплав ВТ6С

малоцикловой прочности, относительного удлинения и относительного сужения сплавов ВТ1-0, ВТ5-1, ПТ-ЗВ и ВТ6С при испытаниях плоских образцов толщиной 2 мм пульсирующей нагрузкой (/? - 0) с частотой 2 цикл/мин при температурах 20, -196 и -269°С. При понижении температуры до — г96 и -269°С статическая и циклическая прочность всех титановых сплавов увеличивается. Наиболее интенсивное увеличение

Рис. 65. Кривые малоцикловой прочности сттах сплава ПТ-ЗВ при различных числе циклов /V и температуре (/—3, /, //- см. рис. 64).

Выше указывалось, что чувствительность к коррозионной среде сплавов в значительной степени определяется интенсивностью протекания анодных процессов. Последние в значительной степени зависят от гете-рогенизации структуры, наличия концентрационных неоднородностей в твердых растворах, электрохимических свойств отдельных фаз, наличия и вида текстуры и ряда других факторов. Как правило, легирование содействует в той или иной мере появлению дополнительных гальванических пар, повышению плотности анодного тока после нарушения пассивности и сдвигу поляризационной кривой в сторону более положительных потенциалов. Важное значение для малоцикловой прочности сплавов имеет и повышение сопротивляемости развитию трещин вследствие образования в структуре пластинчатых вязких фаз, не склонных

жительное влияние ППД в области малоцикловой усталости сохраняется и при значительных деформациях вплоть до нескольких процентов. Существенное влияние оказывает поверхностное упрочнение на повышение малоцикловой прочности надрезанных образцов из титановых сплавов. Так, обкатка образцов из сплава ВТЗ-1 повышает условный предел выносливости при /V=5-103 цикл гладких образцов на 7 %, а надрезанных-на 24% [ 190].

Другой особенностью этих деталей является значительный разброс по структуре, особенно в зонах структурной неоднородности, возникающей в процессе сварки, наплавки, пластического деформирования, ионно-плазменной и других видов обработки. Решение задач малоцикловой прочности и ресурса для таких элементов должно производиться с учетом дополнительных напряжений и деформаций в переходных зонах.

В монографии систематически изложены вопросы сопротивления деформированию и разрушению при малоцикловом высокотемпературном нагружении. Разработаны способы интерпретации связи циклических напряжений и деформаций на основе изоциклических и изохронных диаграмм циклической ползучести и свойств подобия. Для определения предельных состояний по моменту образования разрушения используется деформационно-кинетический критерий длительной малоцикловой прочности. Закономерности деформирования и разрушения использованы для разработки основ методов оценки малоцикловой прочности элементов конструкций при нормальной и высоких температурах.

Основным направлением совершенствования расчета прочности изделий, работающих в условиях малоциклового нагружения, является (наряду с уточнением расчета статической прочности и корректировкой запасов) разработка метода оценки малоцикловой прочности на основе анализа напряженно-деформированного состояния (прежде всего в зонах концентрации) с учетом его по-цикловой кинетики. Такой расчет должен базироваться на изучении закономерностей малоциклового деформирования и критериев разрушения с учетом основных факторов.

Книга является продолжением ряда изданий по малоцикловой усталости — «Сопротивление деформированию и разрушению при малом числе циклов нагружения» (1967 г.), «Прочность при малом числе циклов нагружения. Вопросы механической усталости» (1969 г.), «Прочность при малоцикловом нагружении. Основы методов расчета и испытаний» (1975 г.), «Исследование малоцикловой прочности при высоких температурах» (1975 г.) и «Поля деформаций при малоцикловом нагружении» (1978 г.), выпущенных издательством «Наука».

При высоких нагрузках, когда имеет место пластическая деформация в течение каждого цикла нагружения, усталость конструкции называют малоцикловой усталостью. При более низких циклических нагрузках, когда число циклов нагружения N > 106, усталость называется многоцикловой. Различают две методики испытания малоцикловой усталости:

2. В чем различие между малоцикловой усталостью и многоцикло-вой усталостью?

лей накапливаются повреждения, вызванные как ползучестью, так и высокотемпературной малоцикловой усталостью. Наклепанный и стабилизированный карбидами аустенит в этих условиях обладает низкой деформационной способностью, что приводит к возникновению в структуре металла клиновидных трещин, их развитию и хрупкому межзеренному разрушению тем быстрее, чем выше температура эксплуатации.

Процесс постепенного накопления повреждений, развивающихся при наличии циклических упругопластических деформаций, и разрушение материалов за малое число циклов (102—• 104) под действием циклических напряжений называется малоцикловой усталостью [58]. Сочетание циклических упруголласти-ческих деформаций и меняющихся в цикле температур характеризует неизотермическую малоцикловую усталость. Вид неизотермического малоцикловото разрушения, при .котором сжатию в цикле упругопластического деформирования соответствует максимальная температура термического цикла, получил название термической усталости.

Условие разрушения материала при неизотермическом циклическом нагружении по аналогии с изотермической малоцикловой усталостью [уравнение (5.26)] можно записать в виде

Неизотермическое циклическое нагружение, по сравнению с изотермической малоцикловой усталостью, имеет ряд особенностей, которые усиливают взаимное влияние процессов статического и циклического повреждений: холодное деформирование в пластической области в четных полуциклах, различный характер фазовых превращений и процессов карбидообразования в четных и нечетных полуциклах, отсутствие условий для «отдыха» материала при изменении знака напряжений и для «залечи-

Немонотонность деформации в процессах ОМД может быть различного характера, особенно при дробном нагружении. Наибольшая немонотонность характерна для знакопеременного деформирования (поперечная ковка и прокатка, винтовая прокатка, волочение). При проведении механических испытаний немонотонность моделируется методом чередования нагружения сжатием — растяжением, малоцикловой усталостью, изгибом и кручением и т. д.

На рис. 6 приведена малоцикловая усталость композиционного материала алюминий — борное волокно в сравнении с малоцикловой усталостью стали и титановых сплавов.

При испытании высокопрочной стали ЗОХГСН2А в закаленном и низкоотпущенном состоянии влияние'вида механической обработки сказывается сильнее, чем на менее прочную сталь 20кп. Если долговечность образцов из стали 20кп в результате применения различных обработок изменилась в 2 раза, то из стали ЗОХГСН2А — около 3 раз (Карпенко Г.В. и др. [140, с. 102—104 ]). Обнаружена удовлетворительная корреляция между малоцикловой усталостью стали в коррозионной среде и электрохимической гетерогенностью поверхности (табл.17).

где Пх — повреждение, связанное либо с много- или малоцикловой усталостью, либо с мгновенно-пластическим деформированием; Па — повреждение вследствие ползучести (П! и Па — безразмерные величины). Экспериментальный коэффициент D зависит от вида тех напряженных состояний, при которых протекают рассматриваемые процессы повреждений.

В ряде случаев возникновение и развитие повреждений определяется коррозионно-термической и коррозионно-малоцикловой усталостью, каждая из которых проявляется наиболее эффективно в разные периоды эксплуатации. Явление малоцикловой усталости более характерно для режимов пуска и останова установки, в то время как термическая усталость имеет место также и при стационарных режимах работы.