Разупрочнение материала

При определении: о наиболее важным вопросом является точный учет и фиксирование всех термомеханических параметров деформации и реологических свойств материала при проведении пластометрических испытаний. Авторами совместно с докт. техн. наук Соколовым Л. Н. и канд. техн. наук Савицким В. В. выполнены испытания образцов большой номенклатуры металлов и сплавов на специально спроектированных и изготовленных илаетомет>ах: кулачковом (усилием 100 кН) и статико динамическом (усилием 40 кН). Испытания проводились в широком диапазоне температурно-скоростнмх условий деформации О учетом упрочнения и разупрочнения материала. На основании замера режимов и параметров деформирования образцов с помощью специальной аппаратуры и математической обработки результатов исследо-

В обоих случаях затрудняется образование окисных пленок и возникает контакт ювенильных поверхностей, что приводит к образованию адгезионных связей и интенсивному схватыванию. Интенсифицируются процессы упрочнения и разупрочнения материала, фазовые переходы, а для неметаллических материалов в вакууме может происходить испарение отдельных составляющих. Интервал условий (давления, температуры), в которых происходит резкое изменение свойств пары трения, для различных материалов изменяется в достаточно широком диапазоне. Работоспособность сопряжений в этих условиях может быть обеспечена при применении специальных Твердых смазочных покрытий; Эффективность этих покрытий зависит от выбора состава суспензии, способа ее нанесения, от материала подложки и обработки ее поверхности. В качестве критерия для оценки работоспособности твердых смазок при их испытании принимают обычно время работщ покрытий до резкого необратимого повышения коэффициента трения. Толщина покрытия на стадии проектирования определяется из условия обеспечения необходимого зазора в сб-

Важно подчеркнуть, что снижение раскрытия вершины трещины приводит не к снижению, а к возрастанию скорости роста трещины. Это происходит в результате того, что продвижение трещины не задерживает пластическая деформация, величина которой не может быть реализована в полной мере соответствующей пластическим свойствам материала. Разрушение происходит при сочетании таких двух факторов воздействия, как снижение скорости циклического нагружения, что повышает скорость роста трещины, и активизация разупрочнения материала в результате агрессивного воздействия среды.

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.

Рассмотрим другие способы. Способ11 ускорения определения сопротивления усталости сталей и сплавов с дисперсионным упрочнением на больших ресурсах и при высоких температурах (жаропрочные и другие материалы) заключается в том, что с целью сокращения длительности цикла испытаний на усталость испытаниям подвергают материал в состоянии, соответствующем его состоянию после термической обработки и после дополнительного старения при рабочей температуре в течение времени до начала разупрочнения материала, происходящего вследствие коагуляции упрочняющей фазы.

Оригинально решен вопрос оценки накопления усталостных повреждений в образце: амплитуду деформации поддерживают постоянной в процессе испытания, а по изменению тока в катушках судят о степени упрочнения и разупрочнения материала образца. Число циклов фиксирует электромеханический счетчик типа СБМ1/100.

Начиная с некоторой стадии ползучести, основным механизмом разупрочнения материала становится процесс образования и развития трещин [41]. Время возникновения макротрещин и кинетика их развития, скорость и характер распространения, количество, последовательность возникновения определяются помимо структуры материала уровнем температуры и напряжения. Повышение напряжения уменьшает относительное (как доля от общей долговечности) время жизни образца с трещиной ттр. Так, относительное время жизни образцов от момента образования трещины протяженностью 0,01 мм до полного разрушения в высокожаропрочном деформируемом никелевом сплаве ЖС6КП при температуре испытания 980°С составляло при напряжениях 0,16, 0,18, 0,19, 0,20, ГН/м2 60, 36, 28, 22% соответственно.

Один из таких элементов — контактная пружина из фосфорной бронзы. Она изготовляется из листового материала, прокатанного с целью получения определенной толщины и твердости материала. Для установки пружины на посадочное место термокомпрессионным методом ее конец должен быть термически обработан для снижения твердости. Обычно это делается с помощью специальных приспособлений (масок) в печах, однако в этом случае на небольших деталях очень трудно локализовать процесс термообработки. Импульсное лазерное технологическое оборудование позволяет подводить строго дозированное количество тепловой энергии к тому участку детали, который нуждается в отпуске [82]. Участок обрабатываемой пружины, подлежащий отпуску, имеет следующие размеры: толщина 0,2 мм, ширина 0,7 мм и длина 2,54 мм. Обработка концов пружины проводилась импульсами на алюмоиттриевом гранате с энергией до 16 Дж при длительности импульсов 10 мс и 20 мс. Диаметр пятна фокусирования излучения составлял 0,7 мм. Энергия импульса 16 Дж являлась пороговым значением, выше которого начинался процесс нежелательного плавления материала. Испытания пружины, обработанной лазерным излучением, дали положительные результаты, что свидетельствует о перспективности использования импульсных ОКГ для выполнения операций разупрочнения материала.

Большой интерес представляет характер изменения характеристик пластичности в процессе циклического нагружания. Изменения относительного сужения, вызванные циклическими напряжениями, могут характеризовать процессы упрочнения и разупрочнения материалов. При этом, как правило, снижение указанных характеристик трактуется как стадия упрочнения, а их повышение - как стадия разупрочнения материала.

при действии растягивающих и сжимающих усилий приведены на рис. 128, а и б соответственно. На этих же графиках нанесены усредненные кривые изменения температуры обратной поверхности испытываемых образцов в процессе опыта. Из приведенных зависимостей можно видеть, что разброс экспериментальных точек, характеризующих несущую способность углеметаллопластика при растяжении и сжатии, не превышает ±10% от средних значений. Сравнивая кривые разупрочнения материала под действием растягивающих и сжимающих нагрузок, можно заметить их некоторые различия: так, если в усло-

Х ( 1-ЧаЧ ~ 2)(Кс ~ постоян-ная материала, равная 1,5 • 10Г3), характеризующего степень разупрочнения исследованных сплавов при циклическом нагружении, от отношения <То,2/<Тв, 0"в/0~0,2, ИЗ КОТОРОЙ ВИДНО, что с уменьшением отношения о"в/о-0,2 степень разупрочнения конструкционных сплавов при циклическом нагружении возрастает.

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.

Многие способы нанесения покрытий требуют повышения температуры детали до уровня, при котором может полностью или частично произойти объемное разупрочнение материала основы (в ряде случаев температура основы повышается до уровня а — ^"пРевРа" щения в стали). В связи с этим возникает необходимость прямого анализа структуры аустенита и продуктов его распада.

щины может быть рассмотрено в обратной зависимости от возрастающей частоты нагружения в соответствии с соотношением (7.1). Время воздействия поступающей порции диссоциировавших элементов на формируемую поверхность в цикле нагружения пропорционально времени раскрытия трещины, а следовательно, обратно пропорционально частоте нагружения. Поэтому влияние кислорода и водорода на разупрочнение материала оказывается существенным со снижением частоты нагружения.

Лопатки турбин в условиях эксплуатации, как правило, накапливают повреждения более устойчиво, чем лопатки компрессора. Это связано с тем, что они подвергаются постоянному нагреву при длительном статическом растяжении под действием динамической нагрузки от вращения ротора. В этом случае возможно возникновение такого явления, как ползучесть или термоциклическое разупрочнение материала в результате теплосмен по циклу ПЦН. Каждый механизм исчерпания долговечности лопатки имеет свою длительность действия, и поэтому разрушение лопатки на разных стадиях эксплуатации отвечает разным критериям прочности. В результате этого распределение долговечности лопаток может иметь не один, а несколько максимумов по числу случаев разрушения, в зависимости от того, какие виды механизмов разрушения могут последовательно доминировать при исчерпании ресурса лопатки.

упрочнение и разупрочнение материала в процессе цикличе-

При соблюдении режима термической обработки и условий затяга длительная эксплуатация шпилек при температурах 500—550 °С не приводит к потере несущей способности в течение 200 тыс. ч. Происходит некоторое разупрочнение материала шпилек, однако работоспособность их сохраняется.

Отсутствие прямой зависимости между долговечностью и величиной усталостной зоны при высокотемпературной усталости иллюстрируется примером обрыва пера лопатки из сплава ЖС6К после наработки, составляющей всего около 1 % ресурса. Уже это обстоятельство свидетельствует о действии высоких переменных напряжений. Тем не менее усталостная зона в изломе занимала более 60% площади поперечного сечения. Волокнистое строение зоны долома подтверждает, что в процессе работы не успело произойти разупрочнение материала на границах зерен.

вышающеи 950° С, коагулируют, при этом разупрочнение границ зерен происходит быстрее, чем разупрочнение материала самих зерен [69].

тает из-за развития деформаций ползучести в каждом цикле и более быстрого исчерпания ресурса пластичности материала. Иногда релаксацией циклических термических напряжений называют уменьшение максимальных напряжений от цикла к циклу, однако этот процесс не является релаксацией в обычном смысле и характеризует циклическое разупрочнение материала. Рассмотрим релаксацию напряжений, происходящую в каждом цикле в условиях постоянства суммарной деформации: es = = ee+ep+'ec=iconst.

Рукоять разрушается в основном по сварному шву, соединяющему балку с концевой отливкой. В данном случае при жестком концентраторе напряжений наблюдается еще разупрочнение материала в зоне шва, что ведет к разрушению. Кроме того, наблюдаются разрушения по npoyi.'iv-

циклическом деформировании, а материалы, у которых ав/о"о,2 = 1,4 и более, циклически упрочняются. При 1,2 < сгв/ао,2 < 1,4 может происходить упрочнение или разупрочнение материала.