Напряжений увеличение

Предварительная перегрузка в процессе гидравлического испытания (опрессовки) оборудования и трубопроводов (испытательное давление больше рабочего рр) приводит к изменению геометрии, свойств и напряженного состояния металла в окрестности дефектов. Эти изменения в основном связаны с возникновением в зоне дефектов локальных пластических деформаций и могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние сопротивлению разрушения. Одним из положительных эффектов опрессовки является снятие сварочных напряжений. Установлено [4], что снятие сварочных напряжений возможно, когда напряжение от внешней нагрузки он достигает предела текучести металла ат. Кроме этого, в окрестностях острых дефектов происходит снижение степени концентрации напряжений из-за притупления их вершины концентратора, возникновение остаточных напряжений сжатия и снижение изгибающих моментов при последующем нагружении рабочим давлением. К отрицательным эффектам предварительной перегрузки следует отнести докри-тический рост трещины, повышение чувствительности металла к деформационному старению, коррозии и др. Это обязывает производить эксплуатационные характеристики конструктивных элементов с учетом эффектов испытаний (опрессовки).

труба разрушается поперек от Qmax. Показатель анизотропии существенно влияет на несущую способность и ориентацию разрушения. Уменьшение приводит к увеличению и снижению предельных напряжений. Установлено, что увеличение параметра упрочнения п снижает несущую способность цилиндра, а увеличение г способствует возрастанию предельных напряжений. Зависимость несущей способности от параметра г можно связать с тем, что анизотропия металла при заданных условиях деформации приводит к изменению характера напряженного состояния.

К коррозии под напряжением наиболее склонны мартенситные нержавеющие стали, обладающие высокой прочностью, а также (в нек-рых средах) аустенитные нержавеющие стали, хотя они и обладают высокой пластичностью. Легирование титаном или ниобием не устраняет склонности к коррозии под напряжением аустенитных сталей. Коррозия под напряжением нержавеющих сталей связана с образованием надрезов вследствие из-бират. растворения границ зерен, блочных структур и др. неоднородных участков стали, в к-рых концентрируются напряжения и резко снижается анодная поляризуемость. При этом возникает большая разница в скоростях растворения осн. металла, находящегося в пассивном состоянии, и металла в надрезах, находящегося в активном состоянии. По окончании т. н. инкубац. периода вследствие интенсивной линейной коррозии в надрезах уменьшается рабочее сечение деталей. При этом прочность металла становится ниже приложенного напряжения, в связи с чем происходит спонтанное развитие трещины и разрушение детали. Чувствительность нержавеющих сталей к коррозии под напряжением определяется в кипящем 42%-ном растворе хлористого магния, в к-ром разрушение мн. сталей может происходить под влиянием внутр. напряжений. Установлено, что коррозия под напряжением аустенитных нержавеющих сталей сильно зависит от содержания никеля. Наивысшая чувствительность к коррозии под напряжением проявляется при содержании в стали никеля 9—14%, при дальнейшем повышении никеля чувствительность к коррозии под напряжением снижается и при содержании никеля более 40% сталь становится несклонной к коррозии под напряжением. Уменьшение содержания никеля (менее 9—14%) тоже приводит к резкому увеличению сопротивления коррозионному растрескиванию, что следует связать с образованием двухфазных аустенито-ферритных сталей, отличающихся высоким сопротивлением коррозии под напряжением. Особенно стимулируют коррозию под напряжением активаторы (хлор-ионы и др.), присутствующие в растворе.

В результате статистической обработки данных измерения перегрузочных напряжений установлено, что последние изменяются по следующему нормальному закону распределения:

В результате статистической обработки данных измерения перегрузочных напряжений установлено, что последние изменяются по следующему нормальному закону распределения:

Влияние внешних сил на мартенситное превращение не ограничивается только простым смещением температуры превращения. На рис. 1.29 показаны кривые напряжение — деформация при растяжении монокристаллических образцов из сплава, % (по массе): Си—14.0AI—4,2Ni при разных температурах испытания в направлении приблизительно (001 >о исходной фазы. Характерной особенностью является то, что в зависимости от температуры испытаний кривые состоят из двух или большего числа ступеней. Методами нейтронографического и рентге-ноструктурного анализов при воздействии напряжений установлено, что каждая стадия обусловлена мартенситным превращением, отмеченным на рисунке. Указанные на этом рисунке фазы у\, &'[, &\ и ai -это мартенсит, имеющий кристаллическую структуру, показанную на рис. 1.30, (б—д]. Периоды решетки каждой из этих фаз приведены [17] ниже:

Методом /(-тарировки по скорости роста трещин в зоне концентратора напряжений установлено, что геометрический параметр Y яз 0,65. Тогда предел выносливости образцов с концентраторами напряжений

Все меры, способствующие уменьшению номинального напряжения, увеличивают циклическую прочность. К этим мерам относятся рациональная расстановка опор, устранение невыгодных случаев нагружсния, увели* чение сечений детали на участках действия циклических напряжений, увеличение площади соприкосновения поверхностей (при циклических контактных напряжениях).

В правую часть этого уравнения входит коэффициент запаса по проделу трещиностойкости. При т = 1 длина трещины, входящая в выражение К, будет критической при рабочем уровне напряжений. Увеличение коэффициента т приводит к уменьшению длины трещины. Каждому т > I отвечает определенная длина трещины, меньшая критической (при о, = const). При некотором значении т > 1 полученную длину трещины можно считать допустимой.

В зависимости от характера коррозионной среды и природы металла для каждого случая существует критическое напряжение, ниже которого склонность металла к коррозионому растрескиванию проявляется слабо. Для стали якр = = 75—80 % оч. Время до разрушения зависит от уровня напряжений; оно быстро уменьшается при росте напряжений. Увеличение содержания никеля в сталях оказывает благоприятное влияние на стойкость к коррозионному растрескиванию, и при содержании никеля около 45% они становятся не чувствительными к коррозионному растрескиванию (рис. 13).

Во всех промежуточных случаях процесс разрушения является результатом действия как нормальных растягивающих, так и > касательных напряжений. Увеличение роли одного фактора приводит к соответствующему снижению роли другого.

Результаты статистической обработки всех обследованных материалов показали, что коэффициент при параметре т Л имеет знак минус (Я > 0). Проанализируем, имеет ли это какои^о физический смысл. Числитель формулы (4.4) представляет величину, пропорциональную среднему напряжению, которое вызывает только изменение объема без изменения формы [72]. Если рассматривать этот эффект на микроуровне, то можно предположить, что среднее напряжение может влиять на межатомные силы связи и как следствие — на энергию активации процесса разрушения. Когда среднее напряжение больше нуля (?7>0), происходит ослабление межатомных сил связи; когДа преобладают напряжения сжатия (//<0), возможно увеличение энергии активации процесса разрушения. С увеличением жесткости напряженного состояния (&) растет величина TJ , и при положительном среднем напряжении вероятность хрупких разрушений повышается, в области сжимающих напряжений увеличение жесткости снижает вероятность разрушения. При всестороннем равном сжатии разрушение невозможно — энергия активации процесса разрушения безгранично растет. Таким образом, уравнение типа (4.16) позволяет раскрыть физическую суть параметра ц и показывает, что изменение вида напряженного состояния приводит к изменению исходных свойств исследуемого материала, т.е. при каждом виде напряженного состояния исследователь имеет дело с измененным объектом исследования. В таких условиях теряется смысл оценки состоятельности критерия прочности на основании результатов анализа предельной поверхности предполагаемого неизменным материала [89].

Таким образом, интервал между пределами выносливости образцов, охлажденных на воздухе и в воде после отпуска при одной и той же температуре, является областью существования нераспространяющихся усталостных трещин для исследованного материала при наличии определенного уровня остаточных .напряжений. Увеличение остаточных сжимающих напряжений .приводит к существенному увеличению области существования нераспространяющихся усталостных трещин (см. табл. 14). С увеличением остаточных напряжений сжатия изменяются и критические коэффициенты концентрации напряжений. Для образцов из исследованной стали с остаточными напряжениями —470, —380 и —270 МПа значения акр составляют 1,2; 1,4 и 1,75 соответственно.

Если рассматривать остаточные напряжения сжатия, воз-.никающие при поверхностном пластическом деформировании, как средние напряжения цикла, то их влияние на сопротивление усталости упрочненных деталей, выражающееся в существенном увеличении разрушающих напряжений, может быть также объяснено увеличением области существования нераспространяющихся усталостных трещин. Действительно, общая диаграмма изменения пределов выносливости сталей, подверженных поверхностному наклепу, хорошо согласуется с экспериментальной диаграммой влияния средних напряжений цикла на область существования нераспространяющихся усталост-.ных трещин.

Науглероживание поверхности образцов из углеродистой стали при температуре 930 °С в течение 13 ч, приводящее к образованию в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия, вызвало значительное увеличение предела выносливости {59]. Так, предел выносливости при симметричном растяжении-сжатии увеличился от 280 до 490 МПа, что существенно превышает предел выносливости этой стали с необработанной поверхностью при отнулевом цикле сжатия. Нераспространяющиеся усталостные трещины в образцах с науглероженной поверхностью при симметричном растяжении-сжатии были обнаружены в гораздо большем интервале напряжений, чем при отнулевом цикле напряжений сжатия образцов из той же стали, но без юстаточных напряжений (без науглероженной поверхности).

Нераспространяющиеся трещины были обнаружены при аа= =4 и нормальной температуре только в стали Д. Увеличение концентрации напряжений (а0 =5,6) привело к образованию в сталях В, Г и Д нераспространяющихся усталостных трещин как при нормальной, так и при пониженной (—55 °С) температуре. При температуре —195 °С, как и в предыдущих опытах со сталями А и Б, нераспространяющихся трещин обнаружено не было, хотя на усталостном изломе стали Д были обнаружены бороздки, анализ которых показал, что имело место некоторое торможение развития трещины, а сам излом носил характер усталостного разрушения. Таким образом, можно заключить, что в случае возникновения нераспространяющейся усталостной трещины при пониженных температурах в высокопрочных сталях (Г и Д) наименее опасно их существование в термообработанной (закалка с отпуском) стали Д.

Исследования влияния повышенных температур проводили на двух низкоуглеродистых низколегированных сталях: 1 — от-оженной при 685° С в течение 2 ч в вакууме и 2 — отожженной при 920° С в течение 1 ч. Химический состав (%) и механические характеристики сталей (в скобках приведены значения для стали 2): 0 = 0,09(0,09); N = 0,008(0,009); 51 = 0,19(0,26); Мп = 0,38(0,45); Р = 0,009 (0,006); 5 = 0,015(0,032); Си = = 0,12(0,09); N1 = 0,06(0,09); Сг = 0,07 (0,08); А1 = 0,00(0,01); <тт = 296(243) МПа; 0В=405(369) МПа; 6 = 38(34) %; тз = = 76(73) %. Испытывали на усталость при изгибе с вращением образцы с диаметром рабочего сечения 8,0(10,0) мм гладкие и с концентратором напряжений глубиной 1,0 (0,9) мм и радиусом при вершине 0,13 (0,15) мм. Результаты исследований, приведенные в табл. 19, показывают, что наибольшим сопротивлением усталости рассматриваемые стали обладают при температуре около 375 °С, когда наиболее интенсивны процессы деформационного старения. Причем наиболее сильно эффект старения проявляется в присутствии концентрации напряжений. Увеличение предела выносливости образцов с надрезом при повышении температуры от 20 до 375 °С составляет 63%, тогда

Уменьшение влияния концентраторов напряжений (увеличение радиусов галтелей, исполнение шпоночных канавок с плавным выходом и т. п.), шлифование цапф (тяжелонагруженных валов по всей длине), поверхностный наклеп галтелей, поверхностная закалка, азотирование