Процессов деформации

В общем случае нагружения материала в области МЦУ связь между деформациями и накапливающимися повреждениями описывается кинетическими уравнениями повреждаемости [42]. Расчеты циклической долговечности дисков имеют приближенный характер из-за отсутствия констант, входящих в кинетические уравнения повреждаемости, и их обычно проводят принимая ряд допущений, упрощающих описание процессов циклического упругопластического деформирования материала и накопления в нем повреждений [43].

Характерной особенностью деформирования в использованном диапазоне скоростей является слабая зависимость деформационных свойств от скорости в нулевом и первом полуциклах, т. е. при малых временах деформирования. Так, не отмечалось изменения диаграмм исходного деформирования ни при одной из исследованных температур (см. рис. 2.3,2), ширина петли в первом полуцикле, пропорциональная параметру циклического деформирования А, также практически не зависит от скорости (см. рис. 2.3.2). С другой стороны, интенсивность протекания процессов циклического упрочнения и разупрочнения может существенно зависеть от скорости деформирования.

При температурах 500° С для стали 1Х18Н9Т и 230° С для ТС отмечается еще лишь незначительная интенсификация процессов циклического упрочнения и разупрочнения соответственно для сталей 1Х18Н9Т и ТС (см. рис. 2.3.4) при переходе от скорости деформирования 0,18 к 0,0018 мин"1.

В процессе испытаний при длительном малоцикловом нагру-жении осуществляется сочетание процессов ползучести (релаксации) и накопления длительных статических повреждений, с одной стороны, и процессов циклического пластического деформирования и накопления усталостных повреждений, с другой, причем эти процессы могут влиять друг на друга. Поэтому изучение сопротивления длительному малоцикловому деформированию и разрушению (длительной малоцикловой прочности) должно основываться на закономерностях ползучести и длительной статической прочности и на закономерностях малоцикловой усталости и сводится к установлению закономерностей этого взаимного влияния.

ния на характер процессов циклического упрочнения и разупрочнения. Эти особенности объясняются, по-видимому, тем, что в экстремальных точках цикла деформирование материала происходит в различных условиях. При t = tm^ материал деформируется в упруго'пластической области, происходит холодный наклеп, а при t = tma^ развиваются пластические деформации и деформации ползучести, происходит коагуляция фаз, выпадение карбидов, достаривание, частичная рекристаллизация [64, 78].

Указанные режимы нестационарного нагружения определяют характер термомеханического нагружения материала в опасных зонах детали, при котором реализуются нестационарные условия циклического упругопластического деформирования в сочетании с нестационарным изменением температуры. В большинстве случаев в силу специфики возбуждения малоцикловых нагрузок, а также процессов циклического упрочнения и разупрочнения режиму циклического термомеханического нагружения материала свойственна внутренняя нестационарность даже в условиях регулярного внешнего воздействия температур и нагрузок.

Для изучения процессов циклического упругопластического деформирования и разрушения при однородных и неоднородных напряженных состояниях существенное развитие получили модели циклически деформируемых сред. Основные параметры уравнений состояния для циклического нагружения предложено определять по результатам статических и циклических испытаний с автоматической регистрацией диаграмм деформирования, по которым дается оценка характеристик микронапряжений, скалярных функций, неоднородности пластического деформирования.

В настоящей книге, являющейся продолжением серии монографических публикаций (1975, 1979 гг.) по наиболее важным и сложным вопросам малоцикловой прочности, систематически излагаются закономерности процессов циклического упругопластического деформирования, лежащие в основе формирования соответствующих уравнений состояния.

изотермические испытания при двухчастотном мягком нагружении для оценки (см. гл. 4) эффектов усиления процессов циклического упрочнения (за счет деформированного старения) или разупрочнения (за счет циклической ползучести);

Указанные режимы нестационарного нагружения определяют характер термомеханического нагружения материала в опасных зонах детали, при котором реализуются нестационарные условия циклического упругопластического деформирования в сочетании с нестационарным изменением температуры. В большинстве случаев в силу специфики возбуждения малоцикловых нагрузок, а также процессов циклического упрочнения и разупрочнения режиму циклического термомеханического нагружения материала свойственна внутренняя нестационарность даже в условиях регулярного внешнего воздействия температур и нагрузок.

На рис. 2.15 представлены основные зависимости, получаемые при испытаниях на термическую усталость по методике варьируемой жесткости нагружения с автоматической регистрацией быстро-протекающих процессов циклического упругопластического деформирования и одностороннего накопления деформаций. Кривые 1...3 термической усталости, построенные в амплитудах полной продольной деформации в зоне разрушения (для 50%-ной вероятности

Термомеханическая обработка (ТЛЮ) является комплексом процессов деформации, нагрева и охлаждения, вследствие чего изменение структуры и свойств стали и сплавов осуществляется при повышении

4.3. Кооперативное взаимодействие процессов деформации и разрушения материалов при механическом и тепловом воздействиях

Рассмотрение явления разрушения металлов как процесса, связанного с неравновесными фазовыми переходами, позволяет ввести обобщенные критерии разрушения, отражающие коллективные эффекты при пластической деформации и разрушении твердых тел при самоорганизации диссипативных структур. Из анализа разрушения о позиций синергетики следует, что устойчивость процессов деформации и разрушения твердых тел определяется диссипативными свойствами среды вблизи точек неустойчивости. Показателем этих свойств вблизи неравновесных фазовых переходов являются двух- и трехпара-метрические критерии, учитывающие кооперативное взаимодействие пластической деформации и разрушения. В этой связи критерии фрактальной механики разрушения являются комплексами - двух- или трехпараметрическими. Отличие двухпараметрических критериев фрактальной механики разрушения от используемых в линейной механике заключается в том, что они включают только критерии, контролирующие неравновесные фазовые переходы и отра-

4.3. Кооперативное взаимодействие процессов деформации

Решения уравнений баланса плотности среды, плотности импульса, плотности внутренней энергии и локальной плотности энтропии показывают, что в движущемся потоке найдутся составляющие вращения, которые будут определять дополнительные ротационные составляющие процессов деформации и структурообразования в технологической среде [1].

усталостной трещины зоны пластической деформации на всех стадиях разрушения [14, 15]. Она является основным аккумулятором энергии, подводимой к кончику трещины в процессе циклического нагружения. Перераспределение энергии между процессами пластической деформации и процессами, отвечающими за подрастание усталостной трещины, определяет ускорение или снижение темпа нарастания поверхности разрушения под действием циклической нагрузки. В случае неизменного во времени (стационарный) режима нагружения последовательность протекания процессов деформации и разрушения строго упорядочена. Ее следует рассматривать в качестве свойства материала сопротивляться росту усталостной трещины в связи с эволюцией состояния от бездефектной кристаллической решетки до полностью (глобально) потерявшей устойчивость открытой системы в результате достижения усталостной трещиной критической длины — образец или деталь разрушаются.

Классификация масштабных уровней процессов деформации [25]

Рассмотрение зоны пластической деформации как открытой системы, в пределах которой реализуется вся иерархия процессов деформации, присущих материалу при распространении усталостной трещины, дозволяет применить к ней представления о ма: штабных уровнях и последовательности самоорганизованных переходов от одного процесса к другому, которые выявлены при монотонном растяжении или сжатии кристаллов [25, 68, 75, 76]. Следует только еще раз подчеркнуть, что в зоне пластической деформации все процессы реализуются как на восходящей, так и на нисходящей ветви нагрузки.

На масштабном микроскопическом уровне, когда протекание процессов деформации ограничено размерами пластической зоны в пределах отдельных зерен, реализуются коллективные процессы движения дислокаций при доминировании процесса скольжения. Вихревые потоки с малоуг-

зоны пластической деформации, как и в случае монотонного растяжения или сжатия. Разномас-штабность процессов деформации внутри этой зоны, иерархическая упорядоченность, эволюция в соответствии с принципами синергетики, присущая открытым системам, находящимся вдали от равновесия, — все это приводит к стадийности процесса формирования свободной поверхности внутри этой зоны. Процесс реализуется на разных масштабных уровнях и соответствует последовательно сначала доминированию процессов скольжения, а далее — процессам ротационной неустойчивости. Они развиваются таким образом, чтобы сумма поворотов для всех дефектов не приводила к нарушению сплошности материала. Это условие выполняется, когда сумма ротаций от всех дефектов равна нулю [25]. Когда сумма всех перемещений путем сдвигов не может быть компенсирована, из условия равенства указанной выше суммы нулю, происходит образование свободной поверхности.

Формирование систем скольжения с высокой плотностью дислокаций, сопровождающих формирование усталостных бороздок, было продемонстрировано методами просвечивающей электронной микроскопии [70, 82, 135]. Системы скольжения располагаются под углом 45° к поверхности излома. Профиль и ширина блоков полос скольжения, которые наблюдали на поверхности образца, подобны профилю и шагу усталостных бороздок [82]. Этот факт был положен в основу многих разработанных моделей формирования усталостных бороздок [70, 82, 133, 134, 136-142]. Рассмотрены были оба полуцикла нагружения материала, в которых реализуются два разных процесса: (1) пластическое затупление вершины трещины, и (2) разрушение материала. Оба процесса соответствуют восходящей ветви нагрузки и приводят к формированию каждой усталостной бороздки в каждом цикле приложения нагрузки. В полуцикле разгрузки происходит подготовка материала перед вершиной трещины к последующей реализации указанных выше двух процессов деформации и разрушения.