Релаксацией напряжений

Упругопластическое деформирование металла приводит к возникновению в поверхностном слое заготовки остаточных напряжений, растяжения или сжатия. Напряжения растяжения снижают сопротивление усталости металла заготовки, так как приводят к появлению микротрещин в поверхностном слое, развитие которых ускоряется действием корродирующей среды. Напряжения сжатия, напротив, повышают сопротивление усталости деталей. Неравномерная релаксация остаточных напряжений искажает геометрическую форму обработанных поверхностей, снижает точность их взаимного расположения и размеров. Релаксация напряжений, продолжающаяся в процессе эксплуатации машин, снижает их качество и надежность.

На рис. 29 приведены кинетические кривые растворения в уксуснокислом электролите для порошка, молотого в течение 0,5 ч, и порошка, затем отожженного. Полученные кривые по характеру соответствуют кривой, приведенной на рис. 3, причем квазистационарное состояние достигалось примерно через 6—7 мин, что в принципе может быть обусловлено как полным растворением деформированных поверхностных объемов высокодисперсного тела, так и релаксацией остаточных микронапряжений вследствие хемомеханического эффекта (см. п. 7). Действительно, релаксация остаточных микронапряжений на монокристалле кальцита вследствие хемомеханического эффекта, как это наблюдалось нами, происходит в течение 1—3 мин (концентрация уксусной кислоты была более высокой).

Кинетику растворения изучали путем измерения электрического сопротивления электролита [0,275 мг/(л-Ом)]. На рис. 35 приведены кинетические кривые растворения в уксуснокислом электролите для порошка, молотого в течение 0,5 ч, и порошка, затем отожженного. Эти кривые по характеру соответствуют кривой, приведенной на рис. 3, причем квазистационарное состояние достигалось примерно через 6—7 мин, что в принципе может быть обусловлено как полным растворением деформированных поверхностных объемов высокодисперсного тела, так и релаксацией остаточных микронапряжений вследствие хемомеханического эффекта (см. п. 7). Действительно, релаксация остаточных микронапряжений на монокристалле кальцита вследствие хемомеханического эффекта, как это наблюдалось нами, происходит в течение 1—3 мин (концентрация уксусной кислоты была более высокой).

После сварки большинство конструкций не подвергается термической или другой обработке для снятия остаточных напряжений. Как известно, эти напряжения порождаются тепловыми упругопласти-ческими деформациями в процессе образования швов и достигают в тех или иных зонах сварного соединения или основного металла уровня предела текучести, а в ряде случаев и превосходят его. Под действием внешнего нагружения они могут сниматься полностью, но чаще достигается лишь частичная релаксация остаточных напряжений, особенно в зонах концентраторов, и в этом случае роль их в усталостных процессах оказывается весьма существенной.

Релаксация остаточных макронапряжений и разупрочнение деформированного поверхностного слоя изучалось после изотермических нагревов в вакууме при различных температурах и выдержках на образцах из жаропрочных сплавов ЭИ617, ЭИ826, ЭИ929, титанового сплава ВТ9 и стали ЭИ961 (см. табл. 3.1 и 3.2).

Возможно, более высокая температура газа будет способствовать увеличению степени повреждаемости. Кроме того, согласно рис. 66, если сохранить ту же длительность полуцикла ^ (в схеме принято, что время нагрева и охлаждения одинаково), то кромка может прогреться до температуры, отвечающей точке В', которая хотя и соответствует нулевым напряжениям, но, по-видимому, для многих материалов, работающих в экстремальных по температурному уровню условиях, будет опасной с точки зрения повреждаемости материала от перегрева. При этом может измениться структура материала, возникнуть релаксация остаточных напряжений (в случае если бы лопатка работала в условиях упруго-пластических деформаций) и активизироваться физико-химические процессы на поверхности.

У различных марок жаропрочных сплавов температурный порог, при котором происходит релаксация остаточных напряжений и снижение твердости, различен. Например, у сплава ХН77ТЮ полное снятие наклепа не наблюдается даже при 900° С. Обычно чем выше жаропрочность сплава, тем выше эта температура. Релаксация напряжений происходит в основном в результате диффузионных процессов и чем выше остаточные напряжения, тем ниже температура их резкого снижения; при напряжениях1* 15—45кгс/мм3 она^_на^30—80° ниже, чем при напряжениях 50—100 кгс/мм2 [35].

По тем же данным, для хвостовиков турбинных лопаток целесообразный уровень поверхностных сжимающих напряжений равен 22—40 укгс/мм2, причем для жаропрочных сплавов он должен быть более высоким. Превышение указанного уровня нежелательно, так как из-за увеличения глубины и степени наклепа релаксация остаточных напряжений и разупрочнение идут более быстро. С учетом сказанного следует выбирать тот или иной вид упрочнения с тем, чтобы получить стабильно необходимый уровень сжимающих напряжений.

Релаксация остаточных внутренних напряжений происходит в результате самопроизвольного перехода некоторой части упругой деформации в пластическую. Так как напряженное состояние реальных деталей машин является сложным и уровень действующих напряжений в различных сечениях неодинаков, процессы релаксации протекают в разных участках деталей с неодинако-

При отсутствии структурных превращений и стабильности свойств металла с течением времени будет происходить некоторая релаксация остаточных напряжений. Но практически подобная релаксация так медленна, что ею в больший стве случаев можно пренебречь. Правильность этого положения доказывается целым рядом исследований.

Установлено (рис. 90), что стабильность остаточных напряжений существенно зависит от уровня нагрузок и несколько меньше — от количества циклов нагружения. Релаксация остаточных напряжений начинается с амплитуд напряжений, превышающих величину циклического предела текучести обкатанных образцов, т.е. с наступлением заметного пластического течения приповерхностных слоев (35, с. 82—86, 36, с. 53—56). Ниже указанной амплитуды напряжений даже при длительном нагру-жении существенного уменьшения максимальной величины остаточных напряжений не наблюдается. Если сопоставить кинетические кривые релаксации остаточных напряжений с кривыми изменения стрелы прогиба упрочненных обкаткой образцов, можно наблюдать определенную корреляцию между интенсивностью увеличения стрелы прогиба образцов и интенсивностью снятия в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия.

^Явление стабилизации объясняется релаксацией напряжений, так как они, напряжения, необходимы для реализации мартенситного превращения. Поэтому напряжения, приложенные извне, вызывают мартенситное превращение, а если избежать возникновения напряжений (например, измельчив кусок стали на отдельные монокристальные порошинки), то мартен-ситное превращение не происходит.

температур М„—Мк и зависит от температуры, при которой задерживалось охлаждение. Температура, ниже которой проявляется этот эффект стабилизации, по предложению А. П. Гуляева, обозначается М,.. Явление стабилизации иногда объясняют релаксацией напряжений, которые стимулируют мартенситное превращение.

Позднее эта точка зрения была распространена и на металлы, которые не образуют интерметаллидных соединений, но для которых характерно изменение фаз или образование сегрегации легирующих элементов или примесей в вершине трещины в ходе пластической деформации; вследствие градиента состава здесь образуются гальванические элементы. Варианты этой теории содержат предположение, что трещины образуются механически и что электрохимическое растворение необходимо только для периодического сдвига барьеров при росте трещины [25]. Но хрупкое разрушение пластичного металла вряд ли возможно в вершине трещины. Кроме того, было показано, что удаление раствора РеС13 из трещины, образованной в напряженном монокристалле Cu3Au, сопровождается релаксацией напряжений в кристалле и —

Отказы МТ по причине КР имели место на газопроводах, проложенных в глинах, суглиьсах, песках, карбонатных и скальных породах. Причем в ряде случаев отмечалось замедление развития КР с увеличением минерализации грунта при пересечении МТ сорных участков (М^лтскМ участок МГ "Средняя Азия - Центр"), по видимому, в связи с интенсивным коррозионным растворением металла в вершине коррозионной трещины и релаксацией напряжений вследствие хемоме-ханического эффекта (ХМЭ). Последнее подтверждается тем, что на таких участках МГ зафиксированы сл"чаи интенсивной общей и яэвен-ной коррозии внешней поверхности труб. С этим же, очевидно, связано и то, что для ряда газопроводных систем наименее подвержены КР их первые очереди.

2. Особенности кинетических диаграмм разрушения. В первых исследованиях, касающихся оценок кинетики докритического роста трещин при длительном статическом нагруженни в водных средах, рассматривались преимущественно закаленные низкоотпущенные стали с пределом текучести выше 1500 Н/мм2. Было показано, что скорость распространения трещины прямо пропорциональна коэффициенту интенсивности напряжений растущей коррозионной трещины. Дальнейшее распространение подходов линейной механики разрушения на более широкий круг высокопрочных материалов и коррозионных сред выявило более сложный характер зависимости v(K). Типичная кинетическая диаграмма коррозионного растрескивания в координатах \gv-K представлена па рис. 48.3. На участках I и III скорость роста трещины увеличивается с повышением /?, а в пределах участка II, охватывающего значительный диапазон значений К, наблюдается стабилизация скорости. Существуют различные суждения о причинах четко выраженных участков диаграммы коррозионного растрескивания. Их связывают с влиянием в пределах каждого участка доминирующего механизма воздействия среды. Второй горизонтальный участок часто связывают с релаксацией напряжений в вершине трещины вследствпп ее интенсивного ветвления. Характер зависимости v(K) во многом зависит от структуры сплава и типа среды. Для высокопрочных сталей с мартенситной структурой с пределом текучести 1500 Н/ммг и выше на кине-

ПОЛЗУЧЕСТЬ, крип (англ, creep), -медл. непрерывная пластич. деформация тв. тела под действием пост, нагрузки или механич. напряжения. П. сопровождается релаксацией напряжений. П. подвержены все кристал-лич. и аморфные тв. тела при всех видах механич. нагрузок и при всех темп-рах.

Релаксацией напряжений называется процесс постепенного ослабления напряжений при длительной постоянной нагрузке в результате перехода упругой деформации элемента в пластическую. Для предотвращения релаксации упругие элементы подвергают стабилизации — технологической операции, заключающейся в длительном или многократном нагружении элемента, иногда при повышенной температуре.

ПОЛЗУЧЕСТЬ, крип (англ, creep), — медленное нарастание во времени пластич. деформации материала при силовых воздействиях, меньших, чем те, к-рые могут вызвать остаточную деформацию при испытаниях обычной длительности. П. сопровождается релаксацией напряжений. П. свойственна практически всем конструкц. материалам. Для сталей и чугунов П. существенна лишь при повыш. темп-ре (св. 300 °С) и протекает тем интенсивнее, чем выше темп-pa. Для металлов с низкой темп-рой плавления (свинец, алюминий), для бетона, дерева, высокополимерных материалов (резина, каучук, пластмассы) П. весьма заметна и при комнатных темп-pax. П. бетона существенно зависит от его возраста с момента изготовления; чем «моложе» бетон, тем выше его П.

тоты характеризуется отсутствием зуба и площадки текучест^, низким пределом текучести (рис. 79), малым упрочнением при деформации, слабым влиянием скорости деформации на предел текучести (рис. 80), отсутствием деформационного старения, более быстрой и полной релаксацией напряжений, заметной скоростью ползучести при 20 °С. В таком

Данные исследования, таким образом, указывают на сложный характер аккумуляционного периода, а также и на то, что здесь большую роль играет период между циклами очистки, поскольку с увеличением последнего значимость аккумуляционного периода (по количеству циклов) уменьшается. Такое влияние периода' между теплосменами можно объяснить релаксацией напряжений. в металле при его термонапряженном состоянии.

нии т от вершины скопления (рис. 2.1 1), то сдвиговое напряжение на этом источнике может быть определено [103] по аналогии меж-Ду релаксацией напряжений у конца трещины и у вершины скопления выражением