Малоцикловую прочность

2. Влияние условий нагружения на малоцикловую долговечность..... 89

5. Влияние температуры на малоцикловую прочность титановых сплавов 104 Глава V. Влияние охрупчивающих факторов на малоцикловую долговечность............................................. 113

1. Влияние условий нагружения на малоцикловую долговечность сплавов в коррозионной среде............................ 114

2. Влияние химического состава сплава на малоцикловую долговечность в коррозионной среде...... .,......................~. .

2. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ НАГРУЖЕНИЯ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

Разрушение деталей и конструкций при малом числе циклов нагруже-ния связано, как правило, с наличием повторных пластических деформаций в зонах концентрации напряжений. Для оценки несущей способности таких деталей необходимо учитывать характеристики деформации и разрушения материала, а также влияние напряженного и деформированного состояния на малоцикловую долговечность. Так как в зонах концентрации напряжений относительно быстро устанавливается режим жесткого нагружения, особое значение приобретают исследования поведения при этом виде нагружения материала и изучение диаграмм его деформирования.

Глава V. ВЛИЯНИЕ ОХРУПЧИВАЮЩИХ ФАКТОРОВ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

Ниже приведены результаты исследований влияния условий нагруже-ния и различных факторов на малоцикловую долговечность сплавов в коррозионной среде, выполненных авторами совместно с М. Б. Бодуно-вой,- А.В.Гурьевым, В.И.Водопьяновым, В.А.Жуковым, Л.А.Ивановой, Н. Г. Лемке и И. Н. Разуваевой.

1. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ НАГРУЖЕНИЯ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СПЛАВОВ В КОРРОЗИОННОЙ СРЕДЕ

на ювенильных поверхностях в любой среде, содержащей кислороде небольшим количеством гидроксильных ионов. Естественно, что создание условий, при которых происходит нарушение поверхностных защитных оксидных пленок, приводит к возможности проявления высокой химической активности титановых сплавов и к изменению в результате этого их прочности. К числу таких условий прежде всего относится малоцикловое нагружение в коррозионной среде, при котором нарушение защитной пленки в результате циклических деформаций может опережать скорость ее регенерации. Так как скорость регенерации пассивности существенно зависит от состава сплава, его термической обработки, состава и кислотности среды, условий развития трещины, влияние коррозионной среды на малоцикловую долговечность имеет разноплановый характер (см. гл. III). При рассмотрении влияния коррозионной среды на малоцикловую долговечность прежде всего необходимо изучить особенности влияния скорости деформирования и наличия концентраторов напряжений. Исследованиями установлено следующее: для самопассивирующихся сплавов, к которым относятся и титановые, характерно, что максимальной чувствительности к коррозионной среде, переходу металла в активное состояние соответствует вполне определенный электрохимический потенциал. Активному состоянию титановых сплавов, испытываемых в водных растворах, соответствует потенциал (—0,5) -М—0,55 В) [81]. Изменение скорости деформации существенно влияет на величину потенциала.

Другой важный фактор, в значительной степени определяющий чувствительность к коррозионной среде,—наличие на поверхности образцов концентраторов напряжений. В вершинах концентраторов напряжений при малоцикловом нагружении создаются условия для образования глубоких трещин с малым раскрытием, в которых происходит подкисление внутрищелевого раствора и его глубокая деаэрация. Указанные условия препятствуют или затрудняют процесс репассивации, в результате чего процесс коррозионного разрушения активизируется. На рис. 71 показано влияние концентрации напряжений на малоцикловую долговечность сплава ВТ5-1 при /? = 0 в коррозионной среде (оном^0,9о^) образцов с радиусом надреза 0,01; 0,1; 0,5; 1,2 и 6,0 мм. Во всех случаях отношение диаметра образца в надрезе d к диаметру вне надреза оставалось постоянным и равнялось 0,707 при d=9 мм. Указанным радиусам соответствовал теоретический коэффициент концентраций напряжений, соответственно равный 13,5; 5,2; 4,2; 2,8 и 2,0. По оси абсцисс на риа 71 отложена долговечность Л/кр, соответствующая точке пересечения кривой усталости надрезанных образцов с кривой усталости гладких образцов. Как видно из рис. 71, даже при проведении испытаний чувствительного к коррозионной среде сплава ВТ5-1 при наличии концентра-

При поверочном расчете на малоцикловую прочность, принятом в нефтяной промышленности [65] учитываются только кольцевые напряжения от внутреннего давления и соответствующие им деформации в стенке трубы, равные ер = акц / Е = 0,00145.

65. Методика по выбору параметров труб и поверочного расчета линейной части магистральных нефтепроводов на малоцикловую прочность. РД 39-0147103-361-86 / И.Г.Абдуллин, М.А.Худяков, А.Г.Гареев и др. Уфа: ВНИИСПТНефть, 1987. 29 с.

92. РД 39-0147103-361-86. Руководящий документ. Методика по выбору параметров труб и поверочного расчета линейной части магистральных нефтепроводов на малоцикловую прочность. Введ. 01.01.87 до 01.01.90. - Уфа; ВНИИСПТ-нефть, 1987.-30с.

5. Влияние температуры на малоцикловую прочность титановых сплавов 104 Глава V. Влияние охрупчивающих факторов на малоцикловую долговечность............................................. 113

Приведенные данные показывают, что использование высокопрочных сплавов (ав>980 МПа) для деталей, имеющих концентраторы напряжений, может в ряде случаев снизить их малоцикловую прочность и.несущую способность.

5. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ ПРОЧНОСТЬ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

ти расчетный анализ прочности и долговечности машин и конструкций при малоцикловом нагружении на различных стадиях их эксплуатации. Для аустенитных, хромоникелевых сталей максимальные температуры цикла ограничиваются верхним пределом 450 °С, для углеродистых и низколегированных сталей — пределом 350 °С. В таком диапазоне температур не возникают статические и повторные деформации ползучести, поэтому f в расчетах на малоцикловую прочность температурно-временные эффекты не учитываются. Это обстоятельство позволяет существенно упростить методику, в расчете прочности и долговечности в качестве исходных для заданного режима эксплуатации устанавливаются амплитуды местных, упруго-пластических деформаций (или местных условий упругих напряжений), коэффициенты асимметрии цикла и число циклов нагружения.

Указанный комплекс исследований дает возможность сформулировать критерии образования и развития малоциклового разрушения в опасных зонах элементов конструкций и тем самым перейти к разработке методов расчета на малоцикловую прочность.

Для оценки влияния некоторых технологических факторов производства металлорукавов на малоцикловую прочность были поставлены дополнительные эксперименты.

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования прочности гибких металлических рукавов показали, что ответственными за разрушения при малоцикловом нагружении являются упругопластические деформации в наиболее нагруженной зоне гофрированной оболочки. По моменту образования трещины разрушающие циклические деформации металлорукавов соответствуют разрушающим деформациям конструкционного материала при одном и том же числе циклов жесткого нагружения. Величина деформации изделия может быть определена с привлечением решения задачи о циклическом упругопластическом нагружении гофрированной оболочки [53, 55] либо приближенными способами [39]. Отмеченные обстоятельства позволяют оценивать малоцикловую прочность металлорукавов с учетом работы конструкции за пределами упругости.

Методические подходы к постановке испытаний на длительную малоцикловую прочность, отвечая перечисленным выше требованиям, имеют ряд существенных особенностей, обусловливаемых эффектом времени (скорость деформирования и нагружения — частота, наличие выдержек и т. п.) на механические характеристики материалов.