Нагружения позволяет

4. Выбор режима нагружения. Поскольку сопротивление материала различным воздействиям зависит от их вида и уровня, при испытании стойкости материала необходимо выбрать режим нагружения образца, т. е. весь комплекс силовых, тепловых и иных воздействий, влияющих на интенсивность данного процесса разрушения (старения). Материал изделий при работе машины в различных эксплуатационных условиях подвергается, как правило, широкому диапазону воздействий, что во многом определяет вероятностную природу протекания процесса разрушения или старения и должно быть учтено при испытаниях. Обычно практику ин-

Усталость при высоких температурах представляет собой сложный процесс, в котором определенную роль играют явления ползучести и повреждения, характерные для длительного статического высокотемпературного нагружения [97, 111]. Этим обстоятельством в значительной степени объясняется отсутствие физического предела выносливости для материалов, испытываемых при высоких температурах. Высокотемпературную усталость можно считать одной из разновидностей коррозионной усталости. Тем не менее целесообразно особо рассмотреть этот вид нагружения, поскольку при высокотемпературной усталости в материале происходит ряд специфических процессов, прямо не связанных с коррозией. Так, при испытании образцов из литейного никель-хромового сплава ЖС6К при 900°С наблюдалось резкое снижение значений микротвердости от головок к рабочей, зоне образцов, что можно объяснить весьма существенным разу-142

Вместе с тем, рассмотренные здесь уравнения не могут быть применены для случая жесткого нагружения, поскольку они по-

скорости 5 • 10Г1 мм/цикл (рис. 1, точка q) для проскока не требуется предварительного количества циклов нагружения, поскольку для накопления предельной энергии достаточно одного цикла нагрузки, и проскок трещины на длину aq происходит за один цикл. Далее (выше точки q, см. рис. 1) проскок трещины усталости будет осуществляться за каждый цикл нагружения на длину, кратную «кванту» aq. Подтвердить подобную схему распространения трещины трудно, так как для фрактографического исследования, например, понадобились бы увеличения порядка 10е—10'.

При исследовании влияния окружающей среды важным фактором является частота нагружения. Поскольку влияние среды сводится к взаимодействию окружающей атмосферы со свежеобнаженным материалом в участке, прилегающем к вершине трещины, важно знать продолжительность этого взаимодействия. Степень раскрытия трещины вследствие влияния окружающей атмосферы при каждом цикле была исследована и описана Уэйем [3] и Брэдшоу и Уиле-ром [4]. При условии, что ползучесть вносит свой вклад в процессы усталости [4], частота нагружения также оказывает существенное влияние.

При проведении серии испытаний с целью выяснения зависимости сопротивления деформации от скорости нагружения (деформации) необходимо обеспечить возможность сопоставления результатов. Это нужно для того, чтобы выяснить влияние скорости, не искаженное различием закона предшествующего нагружения, поскольку последний влияет на структуру материала и, следовательно, на сопротивление деформации. Такое сопоставление требует проведения испытаний таким образом, чтобы во всей серии испытаний, связанных с изучением чувствительности материала к скорости нагружения, величина последней являлась единственным параметром, определяющим изменение деформации е(^) (напряжений a(t)) во времени. В координатах (е, ?е(е)/ео(е)) такой процесс деформирования описывается кривой, не зависящей от скорости. Соответствующий закон деформирования &(t) назовем параметром испытания.

Основная мера, предупреждающая появление трещин термической усталости в роторах — это поддержание в процессе пусков, разгружений—на-гружений и остановок температуры пара, мало отличающейся от температуры металла, что обеспечивает малые переходные температурные напряжения. В свою очередь для этого требуется тщательное выполнение инструкции по эксплуатации, в частности, графиков пуска, остановки и скоростей разгружения-нагружения, поскольку они составлены прежде всего из соображения исключения высоких температурных напряжений.

Как показали наблюдения [69, 102 — 104], структурные изменения стали Х18Н10Т при высокотемпературном нагружениет сопровождаются выделением карбидов и перераспределением легирующих элементов, количество и характер распределения которых зависят от вида и времени нагружения, поскольку последние влияют на развитие диффузионных процессов. Пластическая деформация, в особенности с изменением уровня и знака нагрузки, интенсифицирует диффузионные процессы и тем самым ускоряет выпадение хрупкой фазы, которая влияет на пластические свойства материала и определяет характер его разрушения. Особенность развития структурных изменений определяет характер изменения циклических деформационных характеристик с числом циклов (времени) нагружения.

Существование ТМП при начальном нагружении ранее уже подвергалось экспериментальной проверке (см., например, [85]). Согласно анализу, основанному на структурной модели, оно ограничено условием отсутствия на диаграмме поворотных точек. В случае, иллюстрируемом рис. 2.14, испытания проводили по следующей программе: нагружение до деформации у = 0>4 % при Т = =• 20 °С, быстрый нагрев до Т = = 450 °С, продолжение нагружения. Поскольку при уменьшении параметра х условие (2.4) выполняется, продолжается начальный этап нагружения. Как видно из рис. 2.14, если не считать очень небольшой области, относящейся к концу нагрева (где, возможно, сказываются реономные процессы), расчет на основе рассматриваемого варианта структурной модели довольно точно

Внутри каждого октанта используется принцип наилучшей аппроксимации по трем точкам для каждой кривой, содержащейся в уравнении поверхности. При этом желательно, чтобы экспериментальное определение характеристик прочности, соответствующих этим трем точкам, производилось по одинаковой методике и при одинаковых режимах испытания (температуре, влажности, скорости и времени нагружения). Поскольку даже для изотропных металлов (а тем более для сильно анизотропных материалов) результаты испытания образцов нельзя рассматривать как истинные характеристики прочности материала, важно оценить методику получения параметров уравнения поверхности прочности с точки зрения не только геометрической, но и физической совместности.

Такая схема нагружения позволяет в значительной степени реализовать пластические свойства металла и, что не менее важно для исследования деформационного упрочнения и разрушения, довести его до разрушения в любом состоянии и при любых условиях.

Среди приведенных зависимостей наиболее известны первые две ((3.24) и (3.47)). Применение различных вариантов этих уравнений для обработки кривых нагружения позволяет определить эмпирические параметры сг0, /d (/(2) и п^ (п2), положенные в основу анализа деформационного упрочнения поликристаллов [318—321]. Один из самых простых способов вычисления параметров деформационного упрочнения предполагает построение экспериментальных данных в

Оценить способность материалов сопротивляться развитию трещин в условиях циклического нагружения позволяет специальный метод испытаний [234, 236]. Трещиностойкость при циклическом на-

Итак, в случае смены режима многопараметрического нагружения взаимодействие нагрузок приводит к снижению темпа роста трещин по сравнению с тем, что отвечает регулярному нагруже-нию материала с теми же параметрами цикла. Создание условий изменения параметров цикла нагружения позволяет существенно снизить этим развитие усталостной трещины и управлять данным процессом.

Экспериментальная проверка прочности клеевого соединения по указанной схеме нагружения позволяет определить влияние степени неравномерности напряжений в клеевом шве при комбинированном воздействии нормальных и касательных напряжений на несущую способность клеевого соединения. Оценка такого влияния имеет важное значение, поскольку в реальных условиях, как правило, несмотря на принимаемые конструктивные меры, избежать неравномерности напряжений в клеевых швах не удается.

Требование существования единственного корня уравнения (94) при любой радиальной траектории нагружения позволяет произвести дальнейшие упрощения. Соответствующее ограничение на РЩ можно найти, исследуя частный случай, когда 06 = 0 и F\i2 = Fm = РШ = F266 = 0, и, следовательно, уравнение (94) принимает вид

малоциклового нагружения, позволяет повысить эксплуатационную надежность оборудования за счет ресурса усталости металла и продлить период его эксплуатации.

На рис. 6.2.3 показаны результаты тензометрирования в указанных условиях деформирования. Расчетная кривая 1 и экспериментальные точки соответствуют друг другу достаточно хорошо. При этом увеличение исходного сопротивления резистора рассчитывалось по формуле (3.2.1) для величины циклической деформации каждой ступени нагружения с началом отсчета числа циклов от момента перехода на новую ступень. Вычитание из данных тензометрирования сигнала, связанного с увеличением исходного сопротивления тензорезистора в процессе малоциклового нагружения, позволяет установить действительную историю деформирования деталей (рис. 6.2.3, кривая 2) и при нагружении, сопровождающемся накоплением односторонних деформаций.

Система нагружения позволяет также проводить испытания с регулируемой скоростью растяжения. Для этого на подвеску рычага устанавливают максимально необходимый груз, а передаточное отношение коробки скоростей подбирают в соответствии с задачей эксперимента.

Изменение в процессе нагружения модулей упрочнения, разупрочнения и коэффициента вязкости, их зависимость от скоростных и температурных условий нагружения позволяет объяснить эффекты, связанные с деформированием материалов при различных скоростях и температурах: зависимость сопротивления материала деформации от режима нагружения [3], изменение коэффициентов вязкости близких по составу и механическим характеристикам материалов [146], и др. Однако пренебрежение отдельными видами процессов в материале, например процессами разупрочнения при высоких скоростях деформации или вязкой составляющей сопротивления при низких уровнях нагрузки, недопустимо без достаточной экспериментальной проверки.

общей долговечности, включение активной части спектра ниже предела усталости в программу нагружения позволяет более полно моделировать действительные условия работы деталей