Проявления температурно

На рис. 96 показана зависимость предела выносливости образца сплава ПТ-ЗВ от его диаметра. С увеличением диаметра образцов предел выносливости титанового сплава с ав = 720^790 МПа снижается примерно на 40 %, что не превышает снижения усталостной прочности сталей. Более подробно изучение особенностей проявления масштабного эффекта при изменении диаметра образцов от 8 до 32 мм проведено на воздухе и в 3 %-ном растворе NaCI [107]. Испытывали большое количество образцов каждого размера (диаметром 8 мм 108 шт., диаметром

при усталости углеродистых и низколегированных сталей, сплавов на основе алюминия и титана с увеличением сечения испытываемого объекта, независимо от природы металла, предел выносливости заметно снижается вследствие проявления масштабного эффекта. В коррозионной среде у гладких образцов из углеродистых и легированных сталей, а также сплавов на алюминиевой основе с увеличением сечения происходит повышение предела выносливости. Таким образом, при больших базах наблюдается ' инверсия масштабного эффекта. Для высоколегированных нержавеющих сплавов, склонных к коррозионному растрескиванию и щелевой коррозии, титановых сплавов инверсии масштабного эффекта не обнаружено;

Известно, что наличие концентраторов напряжений на образцах из углеродистой и низколегированной стали приводит к усилению проявления масштабного фактора в воздухе, т.е. наблюдается более резкое снижение предела выносливости с увеличением диаметра образцов (в диапазоне 5—

Наиболее вероятно, что у стали ОХ12НДЛ, имеющей склонность увеличивать неоднородность структуры при увеличении размеров, причиной резкого проявления масштабного эффекта является неоднородность структуры и литейные дефекты, тем более, что в усталостных изломах многих образцов были обнаружены газовые поры и неметаллические включения.

Следовательно, одной из причин резкого проявления масштабного фактора у стали ОХ12НДЛ по сравнению со сталями 20ГСЛ и 15Г2ВЛ являются газовые поры и шлаковые включения, представляющие в данном случае концентраторы напряжений.

Для изучения влияния неоднородности структуры у стали ОХ12НДЛ на изменение .сопротивления усталости и проявления масштабного эффекта была дополнительно исследована эта сталь с несколько отличной структурой, что достигалось ее раскислением алюминием при разливе.

Наибольшее внимание в вопросах сопротивления малоцикловому и хрупкому разрушению уделяется определению несущей способности основных элементов атомных энергетических установок - корпусов реакторов, каналов, парогенераторов, теплообменников, трубопроводов, внутрикорпусных устройств. В первую очередь это относится к водо-водяньш энергетическим реакторам мощностью от 70 до 1000 МВт с температурами теплоносителя от 270 до 325°С, изготавливаемым из малоуглеродистых низколегированных сталей больших толщин. Такие стали склонны к хрупкому разрушению вследствие проявления масштабного фактора, радиационного и циклического повреждения, а также деформационного старения. Толщины стенок корпусов ВВЭР, работающих при давлении от 10 до 16 МПа находятся в пределах от 120 до 260 мм, а в некоторых зонах до 500 мм, диаметры от 1000 до 4000 мм, и высота от 6000 до 24000 мм.

Очевидно, что локализация поверхностного влияния в сравнительно тонком слое для данной стали явилась причиной проявления масштабного эффекта при сравнительно малых толщинах образцов. Вместе с тем естественно предположить, что материалы других классов имеют градиент предела текучести у поверхности, отличный от такового для стали 08Х17Н6Т. На рис. 68 представлена рассчитанная зависимость масштабного эффекта, где за точку отсчета (Ко — 1) принята толщина образца 7,5 мм при предположительных параметрах о-; = 200 МПа; ДКй - 1^,4 МПа /м"; daJdH = 50 МПа/мм, d =*

На основании проведенного анализа можно считать, что одной из причин проявления масштабного эффекта при циклическом изгибе образцов с разными толщинами являются аномальные поверхностные свойства материалов, хотя технологические и статистические особенности также могут иметь место [45, 142].

Основными причинами проявления масштабного эффекта являются металлургический, технологический и статистический факторы.

В средах, в которых усталостная прочность повышается (например, стали в расплаве олова*), можно ожидать того же проявления масштабного эффекта, что и при технологической обработке, вызывающей упрочнение приповерхностных слоев металла.

Методы определения полей циклических упругопластических деформаций в наиболее нагруженных зонах. Выбор расчетного метода обусловлен спецификой режима термомеханического нагружения, степенью проявления температурно-временных эффектов, а также формой и конструктивными особенностями рассчитываемой на прочность детали (геометрической формой, наличием зон концентрации напряжений и деформации и т. д.).

Процесс циклического упругопластического деформирования, протекающий в сферическом корпусе, отличается от реализующегося в цилиндрическом корпусе не только более высоким уровнем температур, но и спецификой проявления температурно-временных процессов на выдержках. Несмотря на длительную выдержку в режиме Вг при 900 С, малые температурные напряжения не влияют на долю квазистатических повреждений; значительное влияние оказывает выдержка в режиме BI при температуре 800 °С. Существенно, что реологические процессы начинаются после выхода на режим 5j при достижении максимальных термомеханических напряжений, а не на этапе разгрузки, как для цилиндрического корпуса типа II (см. рис. 4.40,б).

Методы оценки циклической прочности элементов конструкций базируются на системе расчетных характеристик, определяемых с использованием экспериментальных данных о поведении материала в рассматриваемых условиях нагружения, которое характеризуется в общем случае диаграммами статического и циклического деформирования со всем комплексом стандартных прочностных свойств, кривыми усталости в требуемом диапазоне долговечностей, закономерностями накопления повреждений применительно к действующим режимам и условиям нагружения, кинетикой циклических свойств материалов с учетом проявления температурно-временных эффектов и др. Указанные выше данные получают при выполнении соответствующих экспериментальных исследований, проведение которых должно быть обеспечено соответствующими системами экспериментальных средств, дающих возможность выполнить нагружение и нагрев по заданным программам с необходимой точностью воспроизведения и поддержания режима и получить требуемую экспериментальную информацию. Современные испытательные системы представляют собой автоматизированные комплексы на базе современной механики и вычислительных средств.

Эксплуатационные режимы нагружения элементов конструкций имеют, как правило, более сложный характер, чем распространенные в практике экспериментов синусоидальные или треугольные формы циклов нагружения, хотя именно они являются наиболее часто используемыми при получении основных характеристик циклических свойств материалов и закономерностей их изменения в процессе деформирования. Синусоидальный или треугольный законы изменения напряжений и деформаций использовались в качестве основных и при экспериментальном изучении кинетики циклической и односторонне накапливаемой пласти веских деформаций и их описании соответствующими зависимостями, рассмотренными в предыдущих главах. В ряде случаев условия эксплуатационного нагружения представляется возможным схематизировать такими упрощенными режимами. Однако в большинстве случаев для исследования поведения материала с учетом реальных условий оказывается необходимым рассмотрение и воспроизведение на экспериментальном оборудовании таких более сложных режимов, как двух-и многоступенчатое циклическое нагружение с различным чередованием уровней амплитуд напряжений и деформаций, нагружение трапецеидальными циклами с выдержками различной длительности на экстремумах нагрузки в полуциклах растяжения и (или) сжатия, а также в точках полного снятия нагрузки, двухчастотное и полигармоническое нагружение, нагружение со случайным чередованием амплитуд напряжений, соответствующим зарегистрированными в эксплуатации условиями. Особенно необходимым воспроизведение и исследование таких режимов становится в области повышенных и высоких температур, когда на характер и степень проявления температурно-временных эффектов, а следовательно, и на кинетику деформаций, существенное влияние оказывают факторы длительности, формы цикла и уровней напряжений или деформаций в процессе нагружения. Ниже приведены исследования закономерностей развития деформаций для ряда упомянутых режимов нагружения, позволяющие проанализировать применимость тех или иных уравнений кривых малоциклового деформирования и применение параметров этих уравнений при изменении режимов.

Таким образом, малоцикловое нагружение с выдержками, особенно в области высоких температур, вносит свои особенности в кинетику развития деформаций в сравнении с нагружением без выдержек. Это выражается в наличии наряду с деформацией от активного нагружения дополнительной необратимой деформации, являющейся следствием проявления температурно-временных эффектов в процессе выдержек. Кроме того, последние влияют также и на деформацию от активного нагружения, вызывая изменение ее кинетики, прежде всего в количественном отношении. Указанные обстоятельства оказывается возможным описать на основе

Таким образом, приведенные данные показывают, что двух-частотность процесса нагружения оказывает существенное влияние на сопротивление материалов мягкому малоцикловому деформированию и особенно в условиях проявления температурно-вре-менных эффектов. Наличие выдержек в полуциклах на экстремальных уровнях напряжений с наложением в течение них высокочастотной составляющей напряжений вызывает дополнительную деформацию ползучести, величина которой зависит от условий нагружения и свойств материала. Вследствие этого суммарная ширина петли гистерезиса (полная циклическая пластическая деформация) оказывается большей по сравнению с одночастотным нагруженном при одних и тех же уровнях максимальных напряжений. Эти обстоятельства находят свое отражение и в уравнениях состояния, описывающих указанные процессы.

Методы определения полей циклических упругопластических деформаций в наиболее нагруженных зонах. Выбор расчетного метода обусловлен спецификой режима термомеханического нагружения, степенью проявления температурно-временных эффектов, а также формой и конструктивными особенностями рассчитываемой на прочность детали (геометрической формой, наличием зон концентрации напряжений и деформации и т. д.) .

Процесс циклического упругопластического деформирования, протекающий в сферическом корпусе, отличается от реализующегося в цилиндрическом корпусе не только более высоким уровнем температур, но и спецификой проявления температурно-временных процессов на выдержках. Несмотря на длительную выдержку в режиме В2 при 900 °С, малые температурные напряжения не влияют на долю квазистатических повреждений; значительное влияние оказывает выдержка в режиме fij при температуре 800 °С. Существенно, что реологические процессы начинаются после выхода на режим BI при достижении максимальных термомеханических напряжений, а не на этапе разгрузки, как для цилиндрического корпуса типа II (см. рис. 4.40, б).

Поля деформаций и напряжений. При оценке длительной малоцикловой и неизотермической прочности элементов конструкций необходимо определение полей деформаций и напряжений с учетом работы материала в. опасных зонах за пределами упругости в условиях повторного нагружения и проявления температурно-времен-ных эффектов. Исходными расчетными параметрами являются нагрузка, перемещение, температура.

Исследование процессов накопления повреждений от нестационарной нагруженности в условиях высоких температур (циклических изменений температур) представляет известные трудности, поскольку накопление повреждений в этих условиях необходимо рассматривать с учетом проявления температурно-временных факторов.

условиях проявления температурно-временных эффектов предложено использовать уравнения состояния в виде (1.69).