Остаточной пластической

Когда трещина распространяется по основному металлу, процесс ее роста также зависит от начальной остаточной напряженности изделия. Об этом можно судить по результатам испытания пластин шириной 160 мм и толщиной 30 мм (сталь 15ХСНД) с центральным надрезом (рис. 3). Все образцы подвергали высокому отпуску для сня-

12. Осуществление термоциклических испытаний элементов конструкций в натуре и на моделях с измерением полей деформаций, температур, распространения трещин и формоизменения с применением ЭВМ для управления процессом испытания и обработки результатов позволяет проверять результаты расчетов для сопоставления конструктивных и технологических вариантов решений с оценкой роли абсолютных размеров, остаточной напряженности, исходной и накопленной дефектности.

мациям, т. е. в повышении твердости и предела текучести (см. Предел текучести физический, Предел текучести условный). Процесс неоднородного упруго-пластического деформирования поликристалла при повторном нагружении был моделирован на хлористом серебре («прозрачном металле»), подтвердив накопление пластич. деформаций и рост остаточной напряженности в отдельных кристаллах по мере накопления числа циклов.

возникновения хрупких состояний в условиях низких температур, остаточной напряженности и других факторов, что вызывает необходимость расчета конструкций и на сопротивление хрупкому разрушению.

Однако при расчетах прочности по номинальным мембранным напряжениям вне пределов рассмотрения оставались местные напряжения и деформации (с учетом концентрации, термической и остаточной напряженности), повторность нагружения, наличие дефектов, воздействие окружающих сред, радиация. -_

К другой группе факторов относятся: а) отклонения механических характеристик от нормативных благодаря нарушениям в условиях изготовления, ковки, термической обработки; б) повышенная чувствительность к недостаткам механической обработки: в) неоднородность свойств благодаря структурным особенностям материалов, малой пластичности, повышенной остаточной напряженности и т. д.

К другой группе факторов относятся: а) отклонения механических характеристик от нормативных из-за нарушений условий изготовления, ковки, термической обработки; б) неоднородность свойств благодаря структурным особенностям материала, малой пластичности, повышенной остаточной напряженности и т. д.

Известно в практике работы заводов упрочнение поверхностным наклепом валков обжимного стана 830. В результате обкатки ручьев срок службы валков увеличивается в среднем с 850 до 1400 ч работы [58]. Многократное увеличение долговечности получено при эксплуатации таких упрочненных деталей, как клапанные пружины, рессоры, торсионные валы, железнодорожные оси и т. п. [63, 67]. Однако данных, характеризующих эффективность поверхностного наклепа деталей диаметром более 200—250 мм, известно очень мало. В то же время в тяжелом машиностроении часто возникает необходимость упрочнения крупных деталей. Суждение об эффективности поверхностного упрочнения для деталей, имеющих диаметр 500 мм и более, может быть высказано на основании исследований пластической деформации поверхностного слоя и остаточной напряженности металла крупных деталей.

Положительное влияние последующего за цементацией поверхностного наклепа было отмечено также в работе [5]. На лабораторных цилиндрических образцах диаметром 6 мм из сталей 12ХНЗА и 18ХНВА было установлено, что дробеструйный наклеп после цементации приводит к дополнительному повышению предела выносливости на 20—28% (гладкие образцы) и 55—60% (надрезанные образцы), при этом очаг зарождения усталостной трещины для наклепанных образцов перемещается в подслойную область. Благоприятные изменения характера остаточной напряженности цементованного слоя, -происходящие в результате наклепа дробью, обусловливают резкое снижение чувствительности цементованных образцов к надрезу. Так, предел выносливости образцов с надрезом (3К = 1,54) после комбинированного упрочнения (цементации и дробеструйного наклепа) оказался равным или даже более высоким, чем предел выносливости гладких цементованных образцов без дополнительного наклепа дробью.

38. Зайцев Г. 3. Исследование прочности и остаточной напряженности сварных штуцерных соединений. М., ЦНИИТМАШ, 1963, с. 59—61 (Труды ЦНИИТ-МАШа, кн. 40).

Применительно к таким конструкциям возникает необходимость прогнозирования степени надежности, долговечности и прочности на стадии их проектирования. Для анализа напряженно-деформированного состояния в зоне узловых соединений трубчатых элементов,все больше используют численные метода. Однако моделирование напряженно-деформированного состояния затруднено значительными градиентами напряжений как по толщине стенки трубы, так и вдоль сварных швов, различием в геометрических размерах элементов, наличием остаточной напряженности. Это предопределяет необходимость проведения натур-

Прежде чем перейти к более детальному рассмотрению основных стадий и закономерностей распространения усталостных трещин, следует остановиться на эффекте закрытия усталостной трещины (fatigue crack closure), впервые обнаруженном В. Элбером. Сущность этого эффекта состоит в том, что усталостная трещина может остаться закрытой из-за смыкания ее берегов позади вершины на протяжении определенной части цикла нагру-жения. На рис. 33 представлены схемы раскрытия берегов усталостной чре-щины. По В. Элберу смыкание берегов трещины происходит в результате наличия на них остаточной пластической деформации, поскольку при разгрузке берега усталостной трещины могут сомкнуться раньше, чем наступит полное снятие нагрузки. Этот механизм закрытия трещин характерен для пластичных металлов и сплавов, испытываемых в условиях плоского напряженного состояния (рис. 33, а, 6).

При испытаниях на усталость в коррозионных средах для реализации этого механизма не обязательно наличие остаточной пластической деформации в том случае, когда толщина окисных пленок соизмерима с раскрытием вершины трещины. Поэтому этот механизм проявляется при низких припоро-говых скоростях трещины, когда невелико раскрытие трещины и возможно образование продуктов коррозии. При испытаниях в жидких средах и высоких частотах нагружения эффект закрытия трещины может быть связан с давлением среды, которая не успевает выйти из устья трещины.

Объяснение влияния R на скорость роста трещины основано на анализе эффекта закрытия трещины. Трещина в зависящей от R части периода нагружения и разгрузки закрыта, т.е. как концентратор напряжения она не действует (рис. 34). Это означает, что размах эффективного коэффициента напряжений ЛК,,ГГ меньше, чем номинальная интенсивность напряжения. Захлопывание трещины является следствием остаточной пластической деформации на поверхностях трещины. Для некоторых материалов установлено, что ДКсгг — (0,5 + 0,4 R) ДК.

Рис. 2.40. Кривые нагружения монокристаллов молибдена различной ориентации: при температурах 78 К (а) и 298 К (б). На начальных участках кривых показаны уровни остаточной пластической деформации [223].

Микроцластичность образцов оценивается по характеру увеличения остаточного прогиба образца или остаточной пластической деформации его поверхностного волокна при возрастании приложенного к образцу напряжения вплоть до достижения предела текучести материала.

Закон Тука, вытекающий из гармонического приближения, является законом приближенным и выполняется постольку, поскольку выполняется само гармоническое приближение, т. е. для малых относительных деформаций. При непрерывном увеличении внешней нагрузки растут напряжения а и деформация е (рис. 1.27). При некотором напряжении о, характерном для каждого материала, наблюдается или разрушение кристалла, или возникновение остаточной (пластической) деформации, не исчезающей после снятия внешней нагрузки. В первом случае материал является хрупким, во втором — пластичным. Напряжение ат, при котором происходит течение тела, называется пределом текучести.

При определении влияния остаточной пластической деформации на термоэдс необходимо учитывать не только увеличение плотности дислокаций, но и изменение их ширины. Для металлов с низкой энергией дефектов упаковки с учетом (3) получим [19]

ки. В результате остаточной пластической деформации в поверхностном слое возникают остаточные напряжения, повышаются прочностные характеристики металла в наклепанном слое.

Число роликов. На основании анализа распределения напряжений в изгибаемой полосе можно сделать вывод о назначении роликов правильных машин (фиг. 71); второй ролик (первый верхний) служит для создания предварительной остаточной (пластической) деформации в полосе; последний ролик служит для точного регулирования величины деформации А\А& [см. уравнение (115)], обеспечивающей выход прямой полосы из правильной машины; промежуточные ролики служат для выравнивания напряжений в полосе путём ряда дополнительных перегибов.

Узел трения возможно устанавливать на любой четырехшариковой машине [9] или использовать в качестве привода сверлильный станок. Этим в основном и будут определяться как скорости трения, так и пределы нагружения. Так, при использовании четырехшариковой машины трения МТ-3 можно применять как рычажное, так и гидравлическое на-гружение. Испытания возможно проводить при удельных давлениях от 2,5 до 350 кг/см2. Предел нагружения ограничивается либо началом интенсивного износа, либо обнаружением остаточной пластической деформации стенок образца. Скорости скольжения можно задавать любыми в пределах от 0,1 до 20 м/сек, что соответствует скорости вращения шпинделя от 100 до 30 000 об/мин.

установившийся, с постоянным ростом остаточной деформации, и III — конечный, с уско-рением-роста остаточной деформации, приводящей к разрушению металла. На фиг. 63 показано изменение со временем остаточной пластической деформации металла (удлинения) под действием постоянной нагрузки, при постоянной температуре.