Процессов усталости

чения силовых параметров вытяжки, кинетику протекания процессов упрочнения и разупрочнения в зоне температурно-силового воздействия, скорость и степень рекристаллизации и уровень термических напряжений как в днище, так и оснастке.

По классификации И. А. Одинга вое виды механизмов пластической деформации можно разделить на три группы: сдвиговые, диффузионные и пограничные. В процессе пластической деформации металлов и сплавов происходит их деформационное упрочнение (повышение сопротивления деформации), которое определяется дислокационным механизмом. Горячая пластическая деформация осуществляется при напряжении, значительно превышающих предел текучести материала в условиях температур, при которых наряду с процессами упрочнения наблюдается динамическая рекристаллизация, а в паузпх между деформированием происходит разупрочнение материала. В связи с этим изучение процессов упрочнения-разупрочнения при горячем деформировании является основным вопросом при выполнении аналитических и технологических расчетов параметров процессов ОМД. Сопротивление деформации (СТ), как интенсивность напряжений достаточных для осуществления пластической деформации зависит от состояния материала, температуры ('!'), времени (t), скорости (с) и степени (С) деформации, контактного трения, разупрочнения и других факторов.

100-120 мкм (порядка размера зерна) в конструкционных сталях при напряжении, равном пределу выносливости, являются пороговыми в том смысле, что в зависимости от конкуренции процессов упрочнения - разупрочнения и напряженного состояния у вершины трещины такие трещины могут дальше распространяться или стать нераспространяющимися. Следует отметить, что усталостные микротрещины критического размера могут зарождаться не только в УПС; так, например, в молибдене усталостные микротрещины могут зарождаться по границам зерен (рис. 24).

Так, при обработке металлов резанием возникновение в поверхностном слое новых образований происходит в результате действия двух противоположных процессов — упрочнения (наклепа) в результате воздействия на поверхность усилий резания и разупрочнения (снятия наклепа) в результате влияния температуры резания. В разных условиях превалирует влияние то одного, то другого фактора.

Изменения в поверхностном слое происходят не только вследствие процессов упрочнения и разупрочнения, но и из-за структурных превращений и окислительных процессов, которые могут происходить в зоне температурных влияний по глубине Н (см. рис. 16, в). Так, при шлифовании углеродистой стали в поверхностном слое могут возникать участки, обезуглероженные под

Скорость роста теплового сопротивления плотных отложений существенно зависит от радиуса обдувки и температуры наружной поверхности труб. Вслед-•ствие заметного влияния радиуса обдувки на интенсивность роста несдуваемых -отложений паровая обдувка является эффективной лишь при относительно небольших расстояниях от сопловой головки обдувочного аппарата. Увеличение скорости роста теплового сопротивления плотных отложений с повышением температуры наружной поверхности труб объясняется интенсификацией процессов упрочнения золы в ходе образования отложений.

Прочность материалов при высокой температуре является важной практической характеристикой. Особое значение ее определение приобретает при нанесении покрытий на детали, эксплуатируемые при высоких рабочих температурах. Суть испытаний —измерение напряжения течения при горячей деформации, по величине которого можно судить о структурных изменениях в стали при этих температурах. Наложение конкурирующих процессов упрочнения и разупрочнения приводит к сложному виду зависимости «напряжение —

Использование представленного соотношения правомерно, начиная с расстояния не менее 1 мм от поверхности, когда влияние концентрации напряжений у поверхности отверстия пренебрежимо мало на начальном этапе роста трещины. Вместе с тем в этом случае в расчете эквивалентного напряжения интегрально учитывается влияние всех процессов упрочнения и разупрочнения материала в связи с развитой пластической деформацией в области малоцикловой усталости уже в первом цикле приложения нагрузки. Следует подчеркнуть, что выявленные в эксплуатации трещины по своему размеру (в пределах 1 мм) и по характеру возрастания шага усталостных бороздок (линейная зависимость от длины) относят к малым трещинам. Для них точнее и корректнее использовать понятие не напряжения, а размаха деформации или/-интеграла в связи с развитой пластической деформацией (см. главу 5). Вместе с тем для оценки относительных характеристик реализуемого процесса в эксплуатации и при проведении стендовых испытаний представление об эквивалентном напряжении остается по-прежнему корректным. Это связано с тем, что независимо от того, каким образом реализовано нагружение материала, рассматриваемой величине шага усталостных бороздок ставится в соответствие единственное значение именно эквивалентного коэффициента интенсивности напряжения. Его величина полностью определяется эквивалентным напряжением.

сопротивлением усталости и демпфирующей способностью. При одинаковом пределе выносливости большую ценность представляет материал с большей величиной циклической вязкости. Зная величину циклической вязкости, можно аналитическим или графоаналитическим методами оценить предел выносливости образцов стали с надрезом в области изменения теоретического коэффициента концентрации напряжений от 1,8 до 3,4 [31]. Различные структурные составляющие имеют различную способность к поглощению энергии, которая обусловлена пластической микродеформацией, развивающейся в участках наименее прочной составляющей структуры. К низкопрочным фазам относятся феррит, аустенит, графит. Сетка структурного цементита ведет к резкому уменьшению необратимого поглощения энергии. Начиная с первых циклив нагружения в некоторых случаях наблюдается резкое увеличение энергии рассеяния, затем происходит плавное уменьшение и стабилизация значений. Эти изменения связаны с эффектом суммарного воздействия процессов упрочнения и разупрочнения в явлении усталости металлов.

Константы аир характеризуют интенсивность протекания процессов упрочнения и разупрочнения материалов при циклическом упругопластическом деформирований и зависят от степени исходного нагружения:

Рис. 32. Зависимости, показывающие раз-ллчный характер процессов упрочнения и разупрочнения: а—сплав ХН77ТЮР,

Приборы неразрушающего контроля, основанные на термоэлектрическом методе, находят применение при сортировке деталей по маркам сталей, для экспресс-анализа стали и чугуна непосредственно в ходе плавки и в слитках, определения толщин гальванических покрытий, измерения глубины закаленного слоя, исследования процессов усталости металла [4—6].

2. Три уровня изучения поведения материалов. Для решения инженерных задач надежности необходимо знать закономерности изменения выходных параметров машины и ее элементов во времени. Так, надо оценить деформацию деталей, износ их поверхности, изменение несущей способности из-за релаксации напряжений или процессов усталости, повреждение поверхности из-за коррозии и т. д., т. е. рассмотреть макрокартину явлений, происходящих при эксплуатации машины. Однако для объяснения физической сущности происходящих явлений и для получения таких закономерностей, которые в наиболее общей форме отражают объективную действительность, необходимо также проникнуть в микромир явлений и объяснить первопричины, взаимосвязей.

На рис. 24 дана классификация и примеры локальных повреждений поверхностей для наиболее распространенных процессов — усталости, разъедания, износа и нароста. Они разделены на три категории — повреждения, характерные для нормальных условий эксплуатации, интенсивные повреждения, которые возникают либо при более тяжелых условиях и режимах эксплуатации, либо после определенного периода работы изделия и, наконец, единичные повреждения, поражающие ограниченную часть поверхности и возникающие часто при внезапных отказах.

удачным. В частности, одной из причин этого являются особенности процессов усталости и разрушения, порожденные особой природой композитов: неоднородностью, статистической природой прочностных свойств, развитием трещин на микроуровне и объемным напряженным состоянием как в слоях, так и в компонентах слоя. Свои особенности, не наблюдаемые в однородных материалах (металлах), имеет и поведение слоистых композитов с концентраторами напряжений:

При переменных напряжениях, превышающих предел текучести, процессы усталости протекают в упруго-пластической области (в смысле макродеформации) и потому для описания процессов усталости вместо напряжений можно пользоваться амплитудой деформации. Кривая усталости в этом случае представляет зависимость между этой амплитудой деформации и числом циклов, необходимым для возникновения трещины или разрушения. При испытании с постоянной амплитудой силы кривая усталости наносится как зависимость между амплитудой и числом циклов, необходимым для разрушения; в этом случае наблюдается монотонное накопление пластической деформации. Число циклов, необходимое для разрушения в упруго-пластической области для стали обычно не превышает десяти-двадцати тысяч; эта область характеризуется как малоцикловая усталость. Сопротивление усталости в малоцикловой области уменьшается с уменьшением частоты. Если циклические деформации и напряжения возникают в результате периодических изменений температуры, то малоцикловые процессы разрушения называются термической усталостью. Будучи нанесенной в логарифмических координатах, зависимость между

Экспериментальные исследования одновременного протекания процессов усталости и ползучести на образцах, изготовленных из плакированных листов алюминиевого сплава АК4-1Т1 толщиной 1 и 2мм, показали, что в более толстых образцах трещина при всех видах испытаний развивается с большей скоростью [3]. Наибольшее влияние толщины образца заметно в условиях ползучести. В исследованном диапазоне значений коэффициента интенсивности напряжений скорость роста трещины практически равна сумме скоростей развития трещины в условиях усталости и ползучести. Исходя из этого, выражение (1.35) можно конкретизировать, записав скорость роста трещины в виде суммы двух составляющих скоростей

16.4.3.4. Рост трещин при коррозионной усталости. Совместное протекание процессов усталости и коррозии, в конце концов, приводит к появлению в язвах микротрещин. По наблюдениям поверхности испытанных образцов, первые самые малые микротрещины образуются у язв диаметром даже 1 мкм (по другим наблюдениям — до 3 мкм), которые, в свою очередь, возникают даже при концентрации NaCl 3 • 10~ %. Такие микротрещины можно наблюдать на поверхности неразрушенных об-

Таким образом в случае, если критическое место неконтролируемо, для обеспечения прочности в условиях развивающихся по мере эксплуатации деградационных процессов усталости требуется введение серьезных ограничений по наработке, приводящих к тому, что допустимый ресурс составляет лишь 15 - 20 %

Приборы неразрушающего контроля, основанные на термоэлектрическом методе, находят применение при сортировке деталей по маркам сталей, для экспресс-анализа стали и чугуна непосредственно в ходе плавки и в слитках, определения толщин гальванических покрытий, измерения глубины закаленного слоя, исследования процессов усталости металла.

До сих пор ни явление ползучести, ни явление усталости как следует не изучены, поэтому не удивительно, что процесс, при котором одновременно происходят и ползучесть, и усталость, тоже до конца не изучен, так что оценка возможности разрушения в таких условиях встречается с определенными трудностями. Тем не менее в ряде практически важных случаев условия таковы, что одновременно проявляются эффекты ползучести и усталости. Например, это характерно для газовых турбин авиационных двигателей и ядерных реакторов. Обстоятельства осложняются тем, что во время эксплуатации эти конструкции подвергаются действию переменных напряжений при постоянной температуре, переменных температур при постоянном напряжении, а иногда и напряжение и температура меняются одновременно. Кроме того, факты свидетельствуют о том, что взаимодействие процессов усталости и ползучести синергично.

Исследованию процессов усталости и разработки рациональных средств повышения выносливости сварных соединений посвящено весьма большое количество опубликованных исследовательских работ. В этом направлении в Советском Союзе и за рубежом за последние годы достигнуты значительные успехи. Однако число аварийных разрушений от усталости в эксплуатации сварных конструкций продолжает оставаться значительным и растет вместе с ростом применения сварки. Это требует дальнейших изысканий как в теоретическом, так и в экспериментальном аспекте. Вместе с тем является актуальным и обобщение уже выполненных в этой области исследований и широкая пропаганда их с целью рациональных выборов конструктивных, металлургических и технологических средств, обеспечивающих достаточную прочность и долговечность сварных конструкций.? Высокое качество и хорошая работоспособность соединения зависят в значительной степени от технологов-сварщиков. Дефекты соединения могут снизить его работоспособность. Однако и безукоризненно выполненный сварочный процесс может не обеспечить должных эксплуатационных качеств соединения, если не выбраны должным образом конструктивные формы соединения и свариваемый основной металл.