Ползучесть материала

Примеры применения второго способа нагружения — испытания на ползучесть, длительную прочность и замедленное разрушение.

Примеры применения второго способа нагружения — испытания на ползучесть, длительную прочность и замедленное разрушение.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ — определение механич. св-в материалов и изделий. По характеру изменения во времени действующей нагрузки различают М. и. статические (на растяжение, сжатие, изгиб, кручение), динамические, или ударные (на ударную вязкость, твёрдость), и усталостные (при многократном циклич. приложении нагрузки). Отд. группу методов образуют длительные высокотемпературные М. и. (на ползучесть, длительную прочность, релаксацию). М. и. проводят при высоких и низких темп-pax, в агрессивных средах, при наличии надрезов и исходных трещин; при нестационарных режимах, при облучении и акустич. воздействиях и др.

Во многих случаях необходимо определять основные механические характеристики при испытании малых образцов диаметром 3—6 мм и меньше (микрообраз-цов) и судить по этим характеристикам об интегральных свойствах материала в целом и о локальных свойствах отдельных исследуемых зон. Необходимость в применении малых образцов возникает, например, при исследованиях дефицитных материалов, изысканиях новых сплавов, изучении неоднородностей в свойствах отдельных зон по объему детали, исследованиях аварийных деталей, сварных и паяных швов и т. д. По результатам испытаний микро-образцов можно получить весьма важные теоретические и практические данные. Для того чтобы приблизить такие исследования к реальным условиям эксплуатации, необходимы создание специализированных машин (для испытаний при разных температурах, в вакууме, в различных газовых и жидких средах) и разработка новых методов микроиспытаний на ползучесть, длительную прочность и т. п. [205].

При проектировании элементов конструкций из композитов необходимо учитывать кромочные эффекты, влияние окружающей среды (температуры и влажности), нелинейность свойств материалов, ползучесть, длительную прочность, чувствительность к нагрузке и динамическую прочность. Более детальная информация, касающаяся влияния этих факторов на монолитность слоистых композитов, приведена в пятом томе сборника. Здесь автор ограничивается несколькими краткими, но достаточно общими замечаниями.

Третий, наиболее общий, случай применения зависимости (1.2.9) соответствует высоким температурам, когда эффект ползучести преобладает и располагаемая пластичность зависит от времени e^ (t). В первом приближении принимается, что располагаемая пластичность материала является только функцией времени деформирования и определяется для рассматриваемой температуры по испытаниям на статический разрыв с варьируемой длительностью или из испытаний на ползучесть — длительную прочность.

Кроме изложенных выше данных, полученных на аустенитной нержавеющей стали Х18Н10Т при 650° С, в Институте машиноведения выполнена экспериментальная программа в широком диапазоне температур (500—700° С) на стали Х18Н9 того же класса, но с лучшими технологическими свойствами. Проведены испытания на ползучесть, длительную прочность и пластичность, длительное малоцикловое нагружение при жестком и мягком режимах с выдержками (1, 5, 50 и 500 мин). Обработка полученных данных в форме критериальных зависимостей (1.2.8), (1.2.9) подтвердила возможность деформационно-кинетического подхода к оценке

Приведем перечень основных видов испытаний, которые в настоящее время используют при исследовании механических и технологических свойств металлов и сплавов: статические испытания в условиях одноосного напряженного состояния; испытания на ударную вязкость и вязкость разрушения;' плас-тометрические исследования; испытания на статическую и динамическую твердость и микротвердость; испытания на предельную пластичность и технологические испытания (пробы); испытания в условиях сложнонапряженного состояния; испытания на ползучесть, длительную прочность и жаростойкость; испытания на циклическую, контактную прочность, усталость и в условиях сверхпластичности; высокоскоростные испытания; испытания при наложении высокого гидростатического давления; испытания в вакууме, ультразвуковом поле, в условиях сверхпластичности и т. д.

1. Технические характеристики машин для испытания металлов на ползучесть длительную прочность в воздушной среде

Наряду с функциональной автономностью температурная камера конструктивно связана с испытательной машиной или прибором. Учитывая это, камеры группируют в зависимости от вида испытаний: к разрывным и универсальным машинам; к машинам для испытаний на ползучесть, длительную прочность, релаксацию; к машинам для испытаний на усталость при растяжении, сжатии или знакопеременных циклах растяжения-сжатия; к машинам для испытаний на усталость при изгибе (чистом, консольном, вращающихся образцов); к машинам для испытаний на ударную прочность.

Электрические печи к машинам для испытания на ползучесть, длительную прочность и релаксацию. Длительность испытаний на ползучесть, длительную прочность и релаксацию может достигать сотен, а в некоторых случаях, тысяч часов, поэтому основное требование, предъявляемое к тепловому устройству, наряду с обеспечением заданного теплового режима — долговечность, или надежность конструкции. Электропечь к указанным машинам, как правило, представляет собой цилиндрическую муфельную конструкцию неразъемного типа.

В конструкции з зубья выполнены по отношению к пазам е зазорами hi, /72, /13, последовательно возрастающими от хвостовика к цоколю. При растяжении лопатки рабочие поверхности зубьев смыкаются с упорными поверхностями пазов ротора, нагрузка между зубьями распределяется более равномерно, отчего соединение становится прочнее. Практически в конструкции елочных соединений учитывают еще тепловые деформации, вызванные неравномерным нагревом лопаток и межлопаточных участков ротора, а также ползучесть материала хвостовика.

Практика :жсилуатации современных машин и сооружений при экстремальных условиях их работы, происходящих зачастую при высоких уровнях напряжений и температуры, свидетельствует о налимий ярко выраженной временной зависимости процесса разрушении. Во многих случаях полному разрушению тела предшествует длительное устойчивое развитие трещины, причем величина ;>топ> периода может составлять значительную часть долговечности элемента конструкции. Такое; длительное разрушение, происходящее нередко при постоянных внешних нагрузках, особенно характерно для полимеров, композитных материалов и металлов при высоких температурах. Причиной медленного роста трещины в таких случаях обычно являются ползучесть материала и накопление рассеянных повреждений.

Компоненты вектора сил: сосредоточенные силы, тепловые нагрузки, давления и силы инерции. В процессе анализа можно учитывать такие нелинейные свойства, как пластичность и ползучесть материала, большие прогибы, большие деформации и контактное взаимодействие при условии, что нагрузки возрастают постепенно.

Области на границе зерен материала, которые обладают заметной локальной ползучестью при рабочих уровнях макронапряжений в материале, сглаживают микронапряжение (подобно кобальту в цементированном карбиде). При этом если толщина граничных слоев мала, ползучесть материала на макроуровне практически отсутствует [3]. Применительно к композитам из сказанного можно сделать следующий вывод: значительная местная неупругость волокна, матрицы или поверхности раздела между ними должна играть чрезвычайно важную роль для композита в целом. Причем не важно, проявляется это или нет в виде заметной нелинейности на диаграммах нагрузка — перемещение (или о(е)) образцов или конструкций.

= ^max —4i n- Нагрузка, создаваемая в стесненной зоне детали, зависит от ^пах, ^ср или At (минимальную температуру цикла предполагают неизменной, так как обычно это температура самого слабого режима). Рассмотрим вначале пилообразный цикл изменения температуры, при котором ползучесть материала и обусловливаемая ею релаксация термических напряжений проявляются слабо.

2. Когда реальный процесс идет слишком быстро (взрыв, нагревы деталей при термоударе и др.) или слишком медленно (разупрочнение и ползучесть материала при длительном нагружении, геологические процессы и т. д.). При моделировании стремятся к тому, чтобы процесс в модели длился такое время, при котором можно его детально изучить, сделать все необходимые измерения и вместе с тем провести эксперимент так, чтобы не затягивать его на слишком длительный период.

разрушения некоторых технических сталей (DM45, AISI304, S-816) в азоте и вакууме (~10~4 торр) [24]. Другим примером такого поведения служит нержавеющая сталь 304 в чистом кислороде [35]. Этот результат показывает, что чистый кислород не обязательно оказывает на ползучесть материала такое же влияние, как воздух [32, 33, 35, 45].

Таким образом, в зависимости от типа приложенного механического напряжения и направления изменения температуры в том или ином случае остаточные напряжения, индуцированные в подложке термически или вызванные ростом оксида, могут оказывать на ползучесть материала либо отрицательное (если они складыва-

ползучесть материала сильно нагруженных элементов;

В конструкции з зубья выполнены по отношению к пазам с зазорами hi, Й2, из, последовательно возрастающими от хвостовика к цоколю. При растяжении лопатки рабочие поверхности зубьев смыкаются с упорными поверхностями пазов ротора, нагрузка между зубьями распределяется более равномерно, отчего соединение становится прочнее. Практически в конструкции елочных соединений учитывают еще тепловые деформации, вызванные неравномерным нагревом лопаток и межлопаточных участков ротора, а также ползучесть материала хвостовика.

Как уже указывалось выше, основной областью применения деформационных уравнений повреждений является малоцикловая усталость [18, 39], причем расчет ширины петель пластического гистерезиса должен проводиться в этих условиях с учетом деформационной анизотропии. Кроме того, должна приниматься во внимание возможная циклическая нестабильность и ползучесть материала. Соответствующие расчеты не могут производиться на основе соотношения (3.31) теории течения, которая не учитывает