Накопление пластических

Виброползучесть — накопление остаточной деформации при асимметричном циклическом нагружений.

Первая стадия упрочнения — стадия легкого скольжения с небольшим начальным увеличением плотности дефектов. Она характеризуется малой скоростью деформационного упрочнения: термоэдс медленно увеличилась (до 10%). Вторая—термоэдс быстро увеличилась (до 30%), происходит быстрое накопление остаточной деформации. Третья стадия — скорость упрочнения меньше, чем на второй стадии: термоэдс возросла только на 8% по сравнению с предыдущей стадией.

дальнейшем в установившемся режиме, когда накопление остаточной необратимой деформации уже не происходит, материал лучше сопротивляется действию нагрузки.

Рас. 28. Накопление остаточной деформации при статической релаксации на пряжений после упрочняющей обработки: закалкд бт-770* Си старение при 320" С, '•' '-,6ч:" ,•'••••-•

Накопление остаточной деформации во времени по двум взаимно перпендикулярным диаметрам показано

Рис. 6-26. Накопление остаточной деформации в трубе горячей нитки паропровода промежуточного перегрева диаметром 426X17 мм из стали 12Х1МФ. 1 — вертикальный диаметр; 2 — горизонтальный диаметр.

При экслуатации резиновой детали под влиянием тепла, света, радиации развиваются химические процессы старения, приводящие к образованию новых связей — структурированию материала и к разрыву межмолекулярных и внутримолекулярных связей — деструкции материала. Механические воздействия активируют эти процессы, что особенно проявляется в уплотнительных деталях подвижных соединений. Структурирование и деструкция сопровождаются накоплением необратимой остаточной деформации, повышением или понижением твердости, потерей эластичности и растрескиванием материала, которые являются внешним проявлением процесса старения эластомера. Накопление остаточной деформации при старении иногда называют химической релаксацией. Свойственную высокоэластичности релаксацию называют физической релаксацией. Физическая релаксация завершается через часы-сутки и является обратимым процессом. Химическая релаксация в нормальных условиях эксплуатации развивается в течение нескольких лет и является необратимым процессом. Так как при высоких температурах старение может протекать очень быстро, температурный режим эксплуатации является важнейшим фактором при определении времени работоспособности эластомерных материалов.

Верхний предел ешах определяется сочетанием допусков. Как показал опыт, накопление остаточной деформации происходит медленнее при е = 20^-30%, а при Е = 22-=-25% наблюдается наибольшая выносливость колец при циклической нагрузке. Таким образом, с учетом допусков на размеры и процесса старения резины необходимо для уплотнений наружных соединений обеспечивать

Верхний предел етах определяется сочетанием допусков. Накопление остаточной деформации происходит медленнее при е = 20 •*--н 30%. При е = 22 -г 25% наблюдается наибольшая выносливость

Задача восстановительной термической обработки — регенерация структуры и свойств металла, который из-за длительной эксплуатации при высокой температуре претерпел глубокие структурные изменения, вызвавшие существенные ухудшения его механических свойств и накопление остаточной деформации.

жению; накопление остаточной деформации при сжатии; сопротив-

В отличие от жесткости режима деформирования при мягком нагружении значительную роль приобретает одностороннее накопление пластических деформаций, вызванное так называемым SD эффектом. Под SD эффектом понимается различное поведение материала при растяжении и сжатии. Это различие состоит в том, что при деформировании материала сжатием требуются, как правило, более высокие напряжения, чем при деформировании растяжением. Количественно SD эффект определяется по кривым о— е при испытании на растяжение и сжатие и выражается в виде а=асж — ар, где стсж и ар — соответственно напряжения течения при сжатии и растяжении образца при одной и той же величине деформации е.

При знакопеременном нагружении, например при симметричном мягком цикле нагружения, в результате SD эффекта накопление пластических деформаций может носить односторонний характер. Этот же фактор может оказывать влияние и при асимметричном нагружении.

Следовательно, накопление пластических деформаций в сплаве ЖС6К происходит значительно быстрее, что и приводит к его 'более быстрому разрушению.

Оплав ЖС6К 'При Де = 0,85% благодаря высокому пределу текучести деформируется почти упруго, ширина петли гистере* зи-са 0,03%, а в сплаве ХН77ТЮР возникают пластические деформации 0,35% (рис. 37,6 — б). Размах напряжений равен соответственно До = 960 МПа для ЖС6К и До =860 МПа для ХН77ТЮР, т. е. для этого сплава они даже меньше. Однако накопление пластических деформаций в сплаве ХН77ТЮР происходит быстрее, что обусловливает его меньшую термостойкость:

Уравнения (22) — (31) позволяют описать изохронные кривые статического и циклического деформирования, а также проанализировать изменение ширины петли 6№) и накопление пластических деформаций A(fc) при мягком нагружении

Когда одностороннее накопление пластических деформаций сочетается с развитием усталостных трещин, происходит разрушение смешанного типа. Деформации, накопленные в условиях циклического нагружения к моменту разрушения, меньше предельных пластических деформаций (см. рис. 1.6), что обусловлено увеличением доли усталостных повреждений. В общем случае доли квазистатических и усталостных повреждений сопоставимы и долговечность определяют из условия постоянства и равенства единице их суммы.

Для определения функций У/ /«V испытывались на малоцикловую усталость трубчатые образцы, изготовленные из жаропрочного сплава ЭИ-607А, при мягком режиме нагружения о частотой 12 циклов в минуту. Экспериментально установлено, что одностороннее накопление пластических деформаций отсутствует при всех рассмотренных значениях коэффициентов асимметрии цикла, равных -I; -0,9; -0,8.

Процесс склерономного циклического деформирования имеет еще и ту особенность, что при мягком нагружении ширина петли гистерезиса в полуцикле растяжения оказывается для ряда металлов несколько больше ширины в полуцикле сжатия, и это несмотря на то, что при однократном статическом растяжении и соответствующем сжатии диаграммы пластического деформирования в истинных координатах примерно совпадают. Физические причины указанного явления, по-видимому, недостаточно исследованы. Его результатом является так называемая «циклическая ползучесть», т. е. одностороннее накопление пластических деформаций, возрастающее по мере увеличения числа циклов на-гружения. Затри цикла (рис. 1.10) произошло накопление деформации е<мп> = = ас + се + eg. При этом ширина первой петли cb = ДЁ!, второй ed = Ае2, третьей gf = Ае3. Некоторую роль здесь играет и реономный процесс низкотемпературной ползучести, о которой упоминалось выше, а Одностороннее накопление пластических деформаций при мягком нагружении проявляется особенно заметно в случае знакопостоянных циклов нагружения.

симальное напряжение приближается к пределу прочности, полному разрушению даже в условиях комнатной температуры предшествует (как и в случае малоцикловой усталости) одностороннее накопление пластических деформаций, приводящее к раннему шейко-образованию. Однако это относится лишь к условиям испытаний при однородном линейном растяжении стержня, и рассматриваемый участок линии пределов выносливости выглядел бы иначе, если бы его можно было построить для элемента материала, расположенного, например, в некоторой зоне местных напряжений. При стт < 0 линия пределов выносливости известных конструкционных металлов поднимается так, что вся диаграмма несимметрична относительно оси а„. При знакопостоянном сжатии образцы достаточно пластичных конструкционных сталей, как правило, не испытывают усталостных разрушений, но сопротивление относительно хрупких металлов, разрушающихся и в условиях сжатия статической нагрузкой, при циклических воздействиях снижается (рис. 1.16).

Наряду с усталостными явлениями при теплосменах, происходящих в отсутствие внешних силовых воздействий, может наблюдаться еще и постепенное накопление пластических деформаций в тех направлениях, по которым эти деформации не стеснены имеющимися закреплениями испытуемого образца или конструкционного элемента. Появление таких деформаций связывают с несколькими причинами [13, 20]. Одной из них является локальная высокотемпературная и циклическая ползучесть, сопровождающаяся релаксацией возникающих в каждом цикле самоуравновешенных напряжений первого и второго рода. Общим итогом этих локальных деформаций ползучести, протекающих главным образом в моменты повышения температуры, является нарастающее от цикла к циклу макроскопическое формоизменение тела. Одностороннее накопление макроскопических мгновенно-пластических деформаций может иметь место также при сочетании термоциклирования с мягким силовым нагружением (например, случай циклических теплосмен в образце, растянутом силой веса некоторого груза).

Рис. 5.12. К учету циклической нестабильности и ползучести: а — одностороннее накопление пластических деформаций; б — циклическая нестабильность