Ползучести уменьшается

сравнению с ползучестью; 2) различная интенсивность старения и др. структурных процессов в условиях Р. (при падающем напряжении) и при ползучести (при практически постоянном среднем напряжении). Скорость Р. характеризуется временем Р., за к-рое релаксирующая величина уменьшается в е(=2,7) раз. В теле может происходить одновременно несколько процессов: Р. физич. и физико-химич. св-в (в зависимости от состава, структуры, темп-рных, магнитных и электрич. полей и т. д.). Напр., в неравномерно упруго-деформированном теле Р. может происходить также путем уменьшения неравномерности гемп-ры (к-рая возникает при охлаждении растянутых и нагрева сжатых зон), путем диффузии более крупных атомов в растянутые, а более мелких — в сжатые зоны и от др. причин. Совокупность времен релаксации (или их обратных значений) образует релаксационный спектр данного материала. Процесс Р. в поликристаллах я вообще в материалах с зернистой структурой б. ч. проходит активнее по поверхностям раздела (зерен, блоков мозаичной структуры, поверхностям сдвигов и т. д.). Поэтому, так же как и для диффузии, различают пограничную и объемную Р. Т. к. правильность строения обычно убывает от середины к краю зерен, то степень неупорядоченности приграничных зон б. ч. выше, а энергия активации — соответственно меньше, чем внутренних зон. Вблизи границ зерен и происходит пограничное вязкое течение, вызывающее Р. напряжений. С повышением темп-ры испытания растет скорость диффузии и падает коэфф. вязкости, что сильно увеличивает скорость Р. (снижает сопротивление Р.). Если для обнаружения Р. при 20° у стали требуются испытания продолжительностью в тысячи часов, то при высоких темп-pax Р. проявляется уже за минуты и быстрее. Если считать тело до нагружения находящимся в равновесии, то с ростом приложенного напряжения неравновесность напряженного образца увеличивается и скорость Р. растет. Чем выше темп-pa испытания, тем сильнее возрастает скорость Р. с увеличением исходного напряжения. Как правило, с ростом времени скорость релаксации постепенно уменьшается, что соответствует подобному же уменьшению скорости при переходе от Неустановившейся к установившейся (или от I ко II периоду) ползучести. Что касается III (ускоренного) периода, к-рый наблюдается при ползучести вследствие развития трещин и повышения локальных напряжений, то в условиях Р. при снижающихся средних напряжениях обычно скорость процесса постепенно уменьшается. Однако в нек-рых случаях, напр, при интенсивных фазовых превращениях, когда выделяются крупные сферо-идизированные частицы о-фазы при 650— 700°, у иек-рых аустенитных сталей с резкой структурной нестабильностью после значительного времени скорость Р. может возрастать, приводя к т. н. III периоду Р. Т. о., III (ускоренный) период Р. яв-

Из двух подробно рассмотренных задач— растяжение стержня и действие внутреннего давления на тонкостенную трубу —остановимся на первой из них, как на более простой и позволяющей произвести сопоставление с решением Хоффа. Закон ползучести принят в такой же форме, как у Хоффа. Учитывая принятую гипотезу о независимости хрупкого трещинообразования от ползучести, можно определить продолжительность жизни образца при отсутствии ползучести (вследствие чего F = F0) и «чисто хрупком разрушении». Из (8.62) имеем

пример, что усиление ползучести, часто наблюдаемое при испытаниях в гелиевых средах, в действительности связано с ослаблением границ зерен, вызванным эффектами твердого раствора [58] или интенсивным образованием внутренних коррозионных продуктов [104]. Несомненно, в горячих агрессивных средах понижение сопротивления ползучести может быть непосредственно связано с локальным характером коррозионного разрушения, а также с глубоким проникновением, в частности вдоль границ зерен, расплавов солей (рис. 12). Это предположение подтверждается результатами исследования ползучести сплава Инконель-700 в ванадиевой золе. Ухудшение параметров ползучести было более существенным, если зола содержала эвтектику (никель/сульфид никеля) с низкой температурой плавления [43]. Точно так же, сравнение рис. 3 и 4 обнаруживает, что эффективное ухудшение параметров ползучести вследствие высокотемпературной коррозии в присутствии осадка сульфата натрия наблюдается лишь при температурах выше температуры плавления осадка [14].

Эффект снижения сопротивления ползучести вследствие мелкозернистости тем сильнее, чем выше температура. С повышением температуры увеличивается доля зернограничной пластичности в суммарной деформации при разрушении. Однако и очень крупнозернистая сталь также отличается неудовлетворительной работоспособностью, так как у нее очень мала остаточная деформа-

В общем случае коэффициент запаса прочности, определяемый как отношение предела текучести при рабочей температуре к допускаемому напряжению растяжения в рабочих лопатках, /Ст=1,7. Это справедливо для лопаток, работающих в зоне низких и умеренных для данного материала температур. При этом суммарные напряжения парового изгиба не должны превосходить 600 кгс/см2 (стаэр^ЗбО кгс/см2). Особое внимание следует обращать на снижение напряжений парового изгиба и растяжения в сечениях лопатки, имеющих отверстия для проволочных бандажей, учитывая большой коэффициент концентрации напряжений. Для титановых сплавов, помимо предела текучести, следует учитывать пределы длительной прочности и ползучести вследствие отмеченной выше склонности этих сплавов к ползучести при комнатной и умеренной температурах.

жаропрочности изменяются примерно также (рис. 35, б и 36, а), но четкое влияние напряжения ползучести вследствие недостаточно широкого интервала варьирования его значений выявлено не было.

При технических испытания-х ша тв.ердость особо твердые нако-1!ёчнг!ки определенной геометрической . формы ; (шарики, 'пирамиды или конусы) вдавливают,: в поверхность испытываемого изделия!*<з> определенной Силой (нагрузкой при испытаний), так что развивается пластическая деформация и остаются отпечатки. Продолжительность действия, нагрузки ттри испытаниях- принимают такод,' чтобы процесс внедрершпв основном закончился к тому, моменту', когда выполняется, обмер отпечатка-добычно при помощи-измерительного микроскопа "после'удалений вдавливающего наконечника-; Задача, которая ставится перед ультразвуком при такой методике испытании^,заключается в немедленной и автоматической расшифровке •ш.тнечатков; полученных обычными''традиционными; способами. Сюда относится непрерывное слежение.з;а. процессом внедрения, что! .позволяет проводить расшифровку \в, дравилы-шй, момент времени, т. е. не' до завершения' первичНод стадии -ползучести (вследствие чего значение твердости получилось бы завышенным),--но и не только тогда, когда; процесс.^внедрения, уже давно закончился (что влечет . ненужную потерю времени). , - - - ' - v

При расчете деформаций необходимо учитывать изменение механических характеристик материала вследствие знакопеременного пластического течения (в том числе ускорение ползучести вследствие предшествующей пластической деформации противоположного знака, нейтронного облучения, структурных превращений, влияния поверхностно-активных сред).

в процессе ползучести вследствие направленного деформирования. Такого рода анизотропия может быть существенной лишь в тех случаях, когда главные оси тензора напряжений претерпевают значительные повороты во времени. В большинстве же практических задач главные оси тензора напряжений остаются неподвижными или изменяют свои направления незначительно, так что использование гипотезы 3 оказывается оправданным.

У технически чистого алюминия при 200 и'250°С при уменьшении периода от 1 ч до 1 мин происходит компенсация скоростей ползучести вследствие возврата деформации, поэтому величина i) приближается к нулю. В отличие от этого у высокочистого алюминия не обнаружили заметного уменьшения гз. Учитывая подобные результаты, полученные и для других материалов, определили [74] соотношение между величиной ф и приращением деформации ползучести на один цикл при нагружении (рис. 4.45). На рис. 4.45, а показано, что независимо от типа материала и температуры величина гэ уменьшается от 1 до 0 за период, когда деформация ползучести, возникающая за один период нагружения, составляет —>-1 %. На рис. 4.45, б такого явления, т. е. уменьшения яэ до нуля, не обнаруживается. Такое различие зависимостей связано с наличием или отсутствием в сплавах растворенных атомов.

рис. 6.32. Здесь же приведены результаты испытаний на распространение трещины при статической ползучести при постоянном напряжении. Из приведенных данных следует, что соотношения между скоростью dlldt и параметром / в обоих случаях совпадают. Этот факт объясняется следующим образом [39]. Скорость распространения зависящей от времени нагружения усталостной трещины в условиях ползучести обусловлена скоростью ползучести вблизи вершины трещины. Такой же механизм распространения трещины действует и при статической ползучести, вследствие этого в макромасштабе или на всей поверхности текучести

Сравнению с ползучестью; 2) различная интенсивность старения и др. структурных процессов в условиях Р. (при падающем напряжении) и при ползучести (при практически постоянном среднем напряжении). Скорость Р. характеризуется временем Р., за к-рое релаксирующая величина уменьшается в е(а;2,7) раз. В теле может происходить одновременно несколько процессов: Р. физич. и физико-химич. св-в (в зависимости от состава, структуры, темп-рных, магнитных и электрич. полей и т. д.). Напр., в неравномерно упруго-деформированном теле Р. может происходить также путем уменьшения неравномерности гемп-ры (к-рая возникает при охлаждении растянутых и нагрева сжатых зон), путем диффузии более крупных атомов в растянутые, а более мелких — в сжатые зоны и от др. причин. Совокупность времен релаксации (или их обратных значений) образует релаксационный спектр данного материала. Процесс Р. в поликристаллах и вообще в материалах с зернистой структурой б. ч. проходит активнее по поверхностям раздела (зерен, блоков мозаичной структуры, поверхностям сдвигов и т. д.). Поэтому, так же как и для диффузии, различают пограничную и объемную Р. Т. к. правильность строения обычно убывает от середины к краю зерен, то степень неупорядоченности приграничных зон б. ч. выше, а энергия активации — соответственно меньше, чем внутренних зон. Вблизи границ зерен и происходит пограничное вязкое течение, вызывающее Р. напряжений. С повышением темп-ры испытания растет скорость диффузии и падает коэфф. вязкости, что сильно увеличивает скорость Р. (снижает сопротивление Р.). Если для обнаружения Р. при 20° у стали требуются испытания продолжительностью в тысячи часов, то при высоких темп-pax Р. проявляется уже за минуты и быстрее. Если считать тело до нагружения находящимся в равновесии, то с ростом приложенного напряжения неравновесность напряженного образца увеличивается и скорость Р. растет. Чем выше темп-pa испытания, тем сильнее возрастает скорость Р. с увеличением исходного напряжения. Как правило, с ростом времени скорость релаксации постепенно уменьшается, что соответствует подобному же уменьшению скорости при переходе от неустановившейся к установившейся (или от I ко II периоду) ползучести. Что касается III (ускоренного) периода, к-рый наблюдается при ползучести вследствие развития трещин и повышения локальных напряжений, то в условиях Р. при снижающихся средних напряжениях обычно скорость процесса постепенно уменьшается. Однако в нек-рых случаях, напр. при интенсивных фазовых превращениях, когда выделяются крупные сферо-идизированные частицы о-фазы при 650—¦ 700°, у пек-рых аустенитных сталей с резкой структурной нестабильностью после значительного времени скорость Р. может возрастать, приводя к т. н. III периоду Р. Т. о., III (ускоренный) период Р. яв-

тики, как ползучесть и износостойкость. Ползучесть — медленное непрерывное во времени увеличение пластической деформации объекта нагружения под воздействием постоянной нагрузки или напряжения. Она проявляется, например, в росте необратимых деформаций при постоянном напряжении. Явления ползучести материалов изучают на основе экспериментов. Пределом ползучести принято называть напряжение, при котором пластическая деформация за заданный промежуток времени достигает заданного значения. С увеличением температуры предел ползучести уменьшается.

Данные различных авторов по влиянию ВМТО на жаропрочные свойства аустенитных сталей, никеля и сплавов на его основе обобщены в табл. 5. Применявшиеся режимы ВМТО позволили увеличить на 15—20% предел длительной прочности сталей и сплавов на базе 100 час. 0юо и продлить срок их службы в 3—8 раз, у образцов из сплава нимоник долговечность была увеличена в 15 раз [73]. Значительно больший эффект упрочнения получен на технически чистом никеле, долговечность которого после ВМТО возросла примерно в 20 раз, а на малых базах испытания — в 100 раз; при этом скорость ползучести уменьшается на три порядка [85, 72, 73].

С изменением при уменьшении максимальных напряжений цикла характера разрушения и вида кривых циклической ползучести уменьшается величина накопленной до разрушения пластической деформации. На предельных кривых пластичности (рис. 2) при числе циклов до разрушения Nn наблюдается разрыв, положение которого по долговечности совпадает с переломом на кривых малоцикловой усталости.

Влияние масштаба на пределы ползучести и длительной прочности изучено недостаточно. Имеются данные, что с увеличением диаметра стержня длительная прочность возрастает и скорость ползучести уменьшается, а с увеличением длины стержня, напротив, долговечность снижается. Понижение длительной прочности с уменьшением диаметра стержня связывают с отрицательным влиянием наклепа поверхностного слоя образцов при их изготовлении и более сильным проявлением в данном случае окисления границ зерен. Влияние наклепа на ползучесть и длительную прочность зависит в первую очередь от рабочей темп-ры детали: наклеп может оказаться полезным при сравнительно низких темп-pax; при темп-pax, при к-рых наклеп ускоряет процессы диффузии и делает структуру сплава менее стабильной, скорость ползучести под влиянием наклепа усиливается, а длительная прочность снижается. Особое значение для прочности при высоких темп-pax имеет состояние поверхностного слоя, чистота поверхности, остаточная напряженность, присутствие наклепа и др. Положительно влияет электронолирование, отжиг для снятия остаточных растягивающих напряжений.

а продолжительность второй (нормальной с точки зрения эксплуатации машины) стадии ползучести уменьшается.

Скорость ползучести уменьшается с повышением процента содержания углерода в стали. Добавляя в сталь в определенных количествах молибден, ванадий и хром, получают молибденовые, хромомолибденовые и хромомолибдено-вана-диевые марта . сталей: 15М, 2QM, 12МХ, 15МХ, ЭЙ-10, ЭИ-257 и др., удовлетворительно работающие при температурах выше 450° С, при которых применение обычной углеродистой стали не допускается.

При большом ресурсе деталей повторение полного цикла нагрузки в испытаниях невозможно, однако в цикле испытания деталь должна накапливать и статическое повреждение. Оптимальная длительность выдержки в цикле должна быть такой, чтобы при максимуме вносимого статического и циклического повреждения общая длительность испытаний была минимальной. Это требование можно выполнить, если учесть неравномерность процесса накопления повреждений в течение выдержки: основная часть деформации ползучести развивается в первый период — в течение 1—5 мин, а затем скорость ползучести уменьшается, процесс стабилизируется, и повреждение за оставшуюся часть цикла невелико.

1. При ползучести после «мгновенного» нагружения (точка R на рис. 7.24) точка состояния перемещается в сторону линии АВ; при этом скорость ползучести уменьшается, стремясь к некоторому стационарному значению. Это отражает первую и вторую фазы ползучести.

Как видно из табл. 3-2, при сфероидизации перлита, а в особенности при полном распаде перлитных участков с образованием крупных шарообразных зерен цементита сопротивление ползучести уменьшается в 1,5—3,0 раза и может быть меньше напряжений, допускаемых при конструкторских расчетах.

Результаты показали, что скорость ползучести на линейной стадии возрастает в соответствии с теорией Виртмана пропорционально коэффициенту диффузии (при увеличении D в 10 раз Е увеличивается во столько же раз). При постоянных значениях D и а/Е скорость ползучести уменьшается с уменьшением у.

Следовательно, если a i> 2,5^ то коэффициент влияния ползучести, pafl-ный 0,5, обеспечивает достаточный запас прочности. Как указано в разделе 3.2.1, величина о, в целом для технических материалов принимается равной >5 при сравнительно невысоких температурах, поэтому можно считать, что Нормы ASME 1592 довольно консервативны. В связи с этим особое внимание следует обратить на то, что при повышении температуры сопротивление ползучести уменьшается. Поэтому можно считать, что максимальная величина изгибающих напряжений уменьшается. Как следует из рис. 4.2, вид кривой распределения напряжений и величина действующих напряжений зависят от показателя степени ползучести а. Следовательно, при уменьшении а вследствие повышения температуры разница между действующими и упругими напряжениями становится меньше. Показатель а при ползучести при низкой температуре обычно имеет большую величину, поэтому понижение напряжений ползучести также составляет заметную величину.