Напряжений температура

Л*(Нехани ческа^ ъ* Условия работы машины ( силы, напряжений температуры, скорости , ускорения, ] химические боздейстбия а т.д.) j •*• Процессы износа, коррозии, деформации, ползучести и гд i i ^ 1

нем действующих напряжений, температуры и временем. На рис. 56 показана микроструктура материала (в различных зонах) рабочей лопатки авиадвигателя после длительной наработки. Механические свойства материала изделий из разных зон, подвергавшихся неодинаковому нагреву, также существенно различаются (табл.7).

Термическое расширение композиционных материалов в значительной степени зависит от природы и состава волокнистой арматуры, от технологии ее изготовления, температуры металла, наносимого на волокна, скорости его охлаждения, определяющей уровень остаточных напряжений, температуры прессования, характера и прочности связей между волокнами и металлом матрицы.

В настоящей монографии основное внимание уделено описанию методов испытания материалов при высоких скоростях деформирования и получению данных о характеристиках прочности и пластичности конструкционных материалов с учетом скорости деформации, уровня средних (гидродинамических) напряжений, температуры и других параметров нагружения. Сложное реологическое поведение материала под нагрузкой, нестационарное поле напряжений и деформаций в материале при импульсном нагружении затрудняют получение данных для составления определяющих уравнений состояния. Поэтому в представленных исследованиях использованы наиболее простые схемы нагружения (растяжение образцов при одноосном напряженном состоянии и одноосная деформация материала в плоских волнах нагрузки), обеспечивающих вследствие простоты анализа получение наиболее точных данных о напряжениях и деформациях в материале. В монографии впервые обобщены результаты квазистатических испытаний и анализа закономерностей деформирования материала в упруго-пластических волнах нагрузки.

В магнитном поле спин электрона может быть ориентирован только вдоль силовых линий. Тепловое же движение стремится нарушить эту ориентацию. При наложении механических напряжений доменная структура изменяется. Это связано со смещением границ доменов, что и приводит к рассеянию энергии колебаний. Этот вид демпфирования не зависит от частоты, а существенно зависит от амплитуды напряжений, температуры, статической напряженности и внешнего магнитного поля.

Лопатки турбины работают по сложному режиму нагружения, показанному на рис. 4.1. Изменение в течение каждого полета величин напряжений, температуры и длительности нагружения учитывается суммированием повреждаемости на всех режимах и приведением всех режимов к одному, обычно наиболее тяжелому. Приведение производится на основе линейной гипотезы суммирования длительных статических повреждений по уравнению

Наиболее опасные виды отказов нефтегазопроводов связаны с образованием и развитием дефектов в очаговой зоне разрушения под воздействием факторов эксплуатационного происхождения (действие коррозионной среды, статических и динамических напряжений, температуры и т.д.). В последние годы актуальность проблемы повышения долговечности металлоконструкций возрастает в связи с увеличивающейся напряженностью их работы и повышающейся коррозионной активностью продукции нефтегазовых месторождений.

Подобно своим аналогам на Ni и Fe основах, жаропрочные кобальтовые сплавы представляют собой сложный химический и кристаллографический комплекс. Он состоит из аустенит-ной матрицы и разнообразных фазовых выделений, таких как карбидные и интерметаллидные соединения, относящиеся к геометрически плотноупакованным (г.п.у.) и топологически плотноупакованным (т.п.у.) структурам (электронного или "размерного" типа). Вообще говоря, при температуре эксплуатации суперсплавы не являются подлинно равновесной системой, поскольку претерпевают воздействие "динамической среды" в виде напряжений, температуры, времени и окружающей поверхность сплава атмосферы. Диффузионный обмен элементами между фазами, вдоль границ зерен, между поверхностью и внутренними объемами сплава создает благоприятные условия для разнообразных твердофазных реакций, постоянно меняющих концентрационные соотношения и оказывающих сильное влияние на фазовую стабильность.

Запишем в качестве примера относительное изменение скорости продольной волны, распространяющейся вдоль оси ОХ , при совокупном воздействии механических напряжений, температуры, магнитного поля и тока проводимости:

Для элементов конструкций, работающих при экстремальных тепловых и механических нагрузках, зоны наибольших напряжений температуры деформаций приходятся, как правило, на области концентрации напряжений [5, 44]. Упругопластические деформации в зонах концентрации при термоциклическом нагружении вызывают перераспределение напряжений и деформации, зависящее от взаимодействия полей механических и термических деформаций номинальной нагруженности, теоретического коэффициента концен-32

Для учета влияний температуры, . влаги и [T]~l = юперечных напряжений приведенные выше 000 /я -и. 0

катодной поляризации, включающие вариацию таких параметров как величина наложенного потенциала, значение растягивающих напряжений, температура. В процессе проведения эксперимента и анализа полной потенциодинамической поляризационной кривой • было обнаружено, что при смещении наложенного потенциала в положительном направлении после предварительной активации поверхности стали при потенциале, соответствующем области регламентированных значений потенциалов катодной защиты - минус 0,9 В (ХСЭ), действительно возникают анодные токи. Однако по прошествии определенного времени эти токи меняются на катодные, очевидно, вследствие образования защитной пленки. Причем изменения величин растягивающих напряжений от нуля до предела текучести и температуры от 20° С до температуры кипения электролита не вызывали изменения катодного направления тока (свидетельствует о хорошей защитной способности пленки). При навязывании наложенных потенциалов в обратном направлении (от 0,0 В (ХСЭ) до регламентированных величин потенциалов катодной защиты) анодные токи не возникают. В связи с этим становится очевидной опасность нарушения режимов катодной защиты, приводящего к смещению ее потенциалов в положительном направлении. Однако даже путем смещения наложенного потенциала в положительном направлении в силу отмеченных выше причин удавалось получить только кратковременный анодный ток, величина которого уменьшается во времени. Вместе с тем существующие в настоящее время методы количественной оценки скорости роста трещин КР не учитывают этого факта. В частности, в модели, предложенной Р.Н. Паркинсом [52], используется зависимость, основанная на законе Фарадея, в которой предполагается постоянство во времени величины плотности максимального анодного тока при неизменности геометрии трещины

Процесс нарушения когерентности сопровождается уменьшением напряжений; температура его окончания является температурой снятия напряжений II рода (стп). Одновременно снимаются напряжения III родами). Уменьшение блоков а-фазы происходит не только из-за нарушения когерентности решеток, но и вследствие снятия упругих напряжений в результате пластических сдвигов в микрообластях под воздействием значительных упругих напряжений в условиях повышенной пластичности металла. Температуры, при которых происходит дробление блоков, и соответствующие температуры, при которых изменяются механические свойства, могут изменяться под влиянием упругих напряжений кристаллической решетки, определяемых степенью деформации, содержанием С и легирующих элементов. При третьем превращении могут протекать начальные стадии рекристаллизации твердого раствора (а-фазы), деформированного в результате внутрифазового наклепа.

Лабораторные электрохимические исследования, выполненные в УГНТУ с помощью снятия потенциодинамических поляризационных кривых показали, что действительно в определенных областях наложенных потенциалов возникают анодные токи, вызывающие электрохимическое растворение металла в полости трещины. Однако в технической литературе отсутствуют данные, позволяющие определить условия возникновения анодного тока, необходимого для протекания процесса КР. Поэтому в УГНТУ были проведены исследования на образцах трубной стали 17Г1С, направленные на выявление условиЛ возникновения анодного тока в КБС при катодной поляризации, включающие вариацию таких параметров, как величина наложенного потенциала, значение растягивающих напряжений, температура. В процессе проведения экс-

В лабораторных условиях наиболее надежной проверкой правильности выбора покрытия и основного металла для работы при контактном нагружении являются испытания, которые с наибольшим приближением моделируют условия эксплуатации реальных конструкций. К переменным факторам, действующим при испытани-ях, относятся характер нагружения образца, состав, толщина и структура покрытия, чистота обработки рабочей поверхности образца, формы и размеры концентраторов напряжений, температура,; наличие или отсутствие смазки и др. Многообразие схем испытаний обусловливает различие в конструкциях испытательных установок. Однако все они должны [62, 71]: позволять моделировать схему нагружения образцов; обеспечивать при необходимости подачу смазки; регулировать величину нагрузки на образец (она может .отличаться от заданной не более чем на 2%); автоматически выключаться при резком увеличении или уменьшении нагрузки, либо при прекращении подачи смазочного материала; автоматически выключаться и фиксировать, согласно принятому критерию разрушения, момент выкрашивания на рабочей поверхности образца. :

Следует отметить, что длительные выдержки напряженных образцов из титановых сплавов под слоем солей в интервале 250—500°С могут не привести непосредственно к коррозионным разрушениям, но резко снизить их работоспособность, в частности усталостную прочность. Интересные данные по этому вопросу получены Б.А. Колачевым с сотрудниками [46]. Для изучения влияния солевой коррозии на усталостные характеристики был взят сплав ОТ4 в виде листового материала 'толщиной 1,5 мм. Образцы, отожженные в вакууме при 670°С (2 ч) .выдерживали4 на воздухе без соли и с солевой коркой при 350 и 400°С в течение 96 ч под нагрузкой и без нее, а затем испытывали на усталость при 20°С. В табл. 7 представлены данные о влиянии солевой коррозии на число циклов до разрушения при растяжении-сжатии с коэффициентом асимметрии цикла 0,1. Максимальное напряжение цикла составляло 450 МПа. Выдержка образцов с солевой коркой при 350°С без приложения нагрузки не снижает числа циклов до разрушения. Число циклов до разрушения образцов с солевой коркой после выдержки при 400°С в 2,8 раза меньше,' чем образцов, выдержанных на воздухе при 400°С без солевой корки. При действии напряжений; (температура 350°С) число циклов до разрушения образцов с солевой коркой в 6 раз меньше, чем образцов без солевого покрытия. Очагами усталостных разрушений служат коррозионные повреждения поверхности.

Рис. 4.25. Зависимость относительного изменения длины А/// образцов высокоанизотропного графита от флюенса нейтронов: / — экспериментальные данные; 2 — расчет в соответствии с упругой моделью; 3 — расчет с учетом релаксации напряжений. (Температура облучения 600° С.)

В литейных цехах серого чугуна применяются следующие виды термической обработки: 1) искугственное старение для снятия напряжений (температура нагрева 550° С, длительность цикла 16—24 часа, тип печи —камерная тележечная, съём с 1 лР площади пода 0,8 — 1,0 т); 2) отжиг для изменения структуры твёрдого литья (температура нагрева 850 — 900° С, длительность цикла 24 часа; тип печи и съём с 1м1 те же, что и при искусственном старении).

В горячем состоянии пластичность высокая, в отожженном и свежезакаленном — высокая, в искусственно состаренном — низкая. Коррозионная стойкость в искусственно состаренном состоянии удовлетворительная, в естественно состаренном — неудовлетворительная. Высокая чувствительность к концентраторам напряжений. Температура ковки и штамповки 350—430° С

Высокая износостойкость и малые деформации ходовых винтов после термохимической обработки обеспечиваются азотированием ходовых винтов, изготовленных из безалюминиевой конструкционной стали марок 40ХФА, 18ХГТ или ЗОХЗВА [5], [28]. В процессе изготовления заготовки винтов из стали 40ХФА подвергают улучшению — закалке в масле с 880—900° С и отпуску (охлаждение на воздухе с 610—630° С), а из стали ЗОХЗВА соответственно с 870—890° и с 600—620° С- Затем производят чистовую токарную обработку и нарезают резьбу с припуском 0,4—0,5 мм на сторону профиля. После стабилизирующего отпуска для снятия напряжений (температура нагрева 560—580° С) винт шлифуют по наружному диаметру и резьбе по 2-му классу точности с припуском на окончательную обработку после азотирования не более 0,10—0,12 мм на сторону. Винты из стали 40ХФА азотируют при 490—510° С с выдержкой после прогрева в течение 48 ч, а из стали ЗОХЗВА соответственно при 500—520° С и 60 ч с охлаждением в потоке аммиака. Глубина азотирования винтов из стали 40ХФА 0,50—0,60 мм, твердость HRC 55—58, а из стали ЗОХЗВА соответственно 0,40— 0,50 мм и HRC 60—62. После азотирования производят окончательное шлифование винтов.

С увеличением напряжения или температуры деформация увеличивается. На рис. 99 показаны кривые ползучести стали для различных напряжений. Температура испытания составляла 450° С.

Если же исследуемая деталь машины находится в условиях двухосного или трехосного напряженного состояния, предсказание разрушения ее становится гораздо более трудным делом. Например, уже нельзя предсказать текучесть, когда максимальное нормальное напряжение достигнет предела текучести при растяжении, поскольку другие нормальные напряжения тоже могут влиять на текучесть материала. Кроме того, не существует одного или нескольких простых экспериментов, с помощью которых можно было бы охарактеризовать процесс разрушения в многоосном напряженном состоянии. Потребовалось бы проведение большого числа сложных испытаний, в которых компоненты напряжений изменялись бы в области их значений, образуя всевозможные комбинации, но даже и при этом было бы очень трудно оценить влияние таких внешних факторов, как концентрация напряжений, температура, условия окружающей среды. Такая программа испытаний была бы непомерно дорогой и трудоемкой, а некоторые напряженные состояния невозможно было бы воспроизвести.