Механической устойчивости

Применительно к работоспособности сварных элементов оборудования из теплоустойчивых (типа 12ХМ), жаропрочных (типа 15Х5М), нержавеющих (типа 08X13 и 12Х18Н10Т) сталей и специальных сплавов актуализируются также вопросы оценки трещиностойкости при замедленном разрушении, прочности и долговечности при различных схемах деформирования и температурных условиях, в частности, для разнородных сварных соединений стойкости против развития термодиффузионной структурной неоднородности, термической и коррозионно-механической усталости (рис. 5.1,в).

Несмотря на сходство явлений термической и механической усталости [48, 109], необходимо учитывать, что действие повторных нагревов сопровождается сложным комплексом явлений, проходящих в материалах при высоких температурах, — окислением, изменением диффузионной подвижности атомов, старением, рекристаллизацией, ползучестью и пр. При расчете термоусталостной долговечности помимо влияния теплосмен в ряде случаев необходимо принимать во внимание влияние скоростного потока горячих газов, значительно понижающих сопротивление термической усталости. Так, при скорости газов до 1М термоусталостная долговечность может снижаться на 80— 90% по сравнению с долговечностью в стационарных условиях.

отличающие их от трещин механической усталости: они более широкие и с более тупыми концами. Стенки большинства трещин, а следовательно, и поверхность излома интенсивно окислены; степень окисления даже соседних трещин может быть различной, что свидетельствует о неодновременном возникновении трещин и об относительно медленном их развитии.

С понижением уровня переменной деформации (напряжения) траектория трещин становится более прямолинейной, приближаясь по виду к трещинам механической усталости (рис. 135).

Рис. 136. Внешний вид (а, б), Х12 и схематическое изображение (а, г) макростроения изломов сплава ЖСВУ при механической усталости (а — ?исп —950°С. Х12); при термоусталости (б — температура 950^100" С, Х9):

Вследствие образования множественных поверхностных очагов макростроение изломов круглых образцов, испытанных на термоусталость, отличается от макростроения усталостных изломов подобных образцов таким образом, как это схематично показано на рис. 136. В пределах усталостной зоны обнаруживается характерный усталостный рисунок в виде складчатости, нерезко очерченных расходящихся от очагов рубчиков и слабо выраженных концентрических колец, представляющих собой узкие полосы с более крупной, чем на соседних участках, шероховатостью. По мере продвижения трещины шероховатость в усталостной зоне постепенно увеличивается, зон с резко очерченными границами, т. е. резкого изменения характера излома не наблюдается. Эта черта отличает рассматриваемые изломы от высокотемпературных чистоусталостных, на которых, как правило, резко выделяется начальная зона в форме глазка. Особым признаком излома при термоциклическом нагружении, отличающим его от излома механической усталости, является также большая сглаженность, нерезкость, некоторая оплавленность рельефа. Для алюминиевых сплавов этот макроскопический признак вида излома может быть основным, так как в остальном излом мало отличается от обычных усталостных (рис. 137).

В алюминиемых сплавах наблюдались усталостные микрополоски, ширина которых увеличивалась по мере увеличения максимальной температуры цикла (рис. 139), но оставалась практически неизменной по мере развития трещины. При увеличениях электронного микроскопа наблюдались усталостные микрополоски, имеющие меньшую глубину по сравнению с полосками, полученными при механической усталости (рис. 140).

с рисунком, близким к ручейковому узору. Анализ усталостных полосок показывает, что по длине каждой отдельно исследованной трещины ширина их изменяется мало. В этом заключается также одно из отличий термоусталостного разрушения от разрушения при механической усталости. Вместе с тем наблюдается определенная зависимость между уровнем деформации (напряжения) и шириной микроусталостных полосок, а также характером изменения этой величины по мере распространения разрушения. Полоски, расположенные в непосредственной близости к очагу, закономерно уменьшаются с уменьшением значения амплитуды деформации (рис. 141); далее, с увеличением длины трещины такое соотношение не сохраняется: в образцах, испытанных при высоких значениях Де, ширина микрополосок нарастает

"93. Соболев Н. Д. О термической усталости. — В кн.: Вопросы механической усталости. Под ред. С. В. Серенсена. М., «Машиностроение», 1964, с. 211—219.

'97. Станюкович А. В., Никитин В. И. Оценка сопротивления усталости сталей в упруго-пластической области при высокой температуре. В кн.: Вопросы механической усталости. Под ред. С. В. Серенсена. М., «Машиностроение», 1964, с. 220^225.

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».

и может быть рассчитана из условия механической устойчивости однородной фазы [22]. На рис. 4.2 кривой 3 изображена эмпирическая зависимость для температуры достижимого перегрева воды

Предел прочности условный (ав = PBIF0), или временное сопротивление разрушению, соответствует максимальной нагрузке образца (см. рис. 1.15) и максимальному значению его равномерной деформации. После достижения максимальной нагрузки Ра происходят потеря образцом механической устойчивости и локализация деформации в шейке, но ов не является предельной прочностью металла. Как показывает перестройка диаграммы растяжения из координат Р—А/в координаты 5 — е (см. рис. 1.15), истинное напряжение продолжает возрастать и достигает максимального значения в момент разрушения (SJ.

Продолжая анализ данных рис. 4.1 и 4.2, отметим, что к моменту достижения максимальной нагрузки описанный выше механизм микролокализации деформации в ступеньках совместно. с ограничивающим влиянием на пластическую деформацию головок обусловливает, распределение деформаций, которое характеризуется постоянным градиентом (де/дх ^ const) вдоль образца на участке от головки до минимального сечения. При этом в центральной части образца степень деформации намного превышает (рис. 4.2) значение равномерной деформации е0. Соответственно и значения напряжений, действующих в данной области, оказываются больше предела прочности. В дальнейшем эта «передеформированная» область становится, как видно из кривых распределения деформаций и напряжений (см. рис. 4.2), шейкой, т. е. местом макролокализации деформации после потери образцом механической устойчивости [362].

Понижение пластичности дисперсноупрочненных сплавов при пластичном характере разрушения связано с локализацией пластической деформации вследствие потери механической устойчивости образцов на пределе прочности при растяжении [408].

т. е. когда отношение снижения усилия Р к приращению деформации образца А/ становится равным податливости машины Км- При этом дальнейшее снижение нагрузки требует увеличения расстояния между захватами машины на меньшую величину, чем соответствующее удлинение образца, и таким образом нарушается условие равновесия системы машина — образец, что приводит к локализации деформации в узком слое материала. Происходит как бы повторная потеря образцом механической устойчивости, в шейке возникает вторичная микрошейка, длина которой не превышает 10—20 мкм. Этому моменту соответствуют ускоренный поперечный рост микропор и их слияние (рис. 5.19, а), что приводит к формированию пластичной трещины в центральной части образца и к окончательному его разрушению.

366. Рыбин В. В. Физическая модель явления потери механической устойчивости и образования шейки // Там же.— 1977.— 44, № 6.— С. 623—632.

4. Рыбин В. В. Физическая модель явления потери механической устойчивости и образования шейки.— Физика металлов и металловедение, 1977, 44, вып. 3, с. 622—632.

При проектировании электроподвижного состава с электрическим торможением важное значение имеют вопросы электрической и механической устойчивости системы при торможении.

Условие (2.59) называется условием термической устойчивости, а (2.60) — условием механической устойчивости.

Участок /—2 соответствует метастабильному состоянию жидкости (перегретая жидкость), a участок 5—4 — метастабильному состоянию пара (переохлажденный пар). Участок 2—3—4 соответствует физически нереализуемым состояниям, поскольку здесь не выполняется условие механической устойчивости (2.60). Построение равновесного участка докритической изотермы /—3—5 осуществляется из условия равенства площадей 7—2— 3—1 и 3—4—5—3 (правило Максвелла,).

Для всех покрытий в высокоагрессивных средах важную роль играет изолирующий механизм, т.е. покрытие должно предотвратить непосредственный контакт среды и подложки. Эту проблему можно решить двумя путями: увеличить толщину мономерного покрытия в рамках одного материала или использовать многослойные различные композиционные материалы типа «сендвичного» покрытия. Увеличение толщины монопокрытия приводит, как правило, к возникновению внутренних напряжений и нарушению их механической устойчивости.