Релаксации макронапряжений

Белый слой, характеризующийся благоприятным сочетанием остаточных макронапряжений и структуры, наиболее эффективно повышает трещиностойкость стали и является весьма перспективным способом повышения стойкости стальных деталей к коррозионному растрескиванию. Сопротивление стали коррозионному растрескиванию зависит от содержания в ней углерода. Так же, как и сопротивление коррозионной усталости, максимальная стойкость к коррозионному растрескиванию наблюдается у стали с содержанием углерода 0,4-0,65 % (рис. 31). Это связано с тем, что при указанном содержании углерода количество остаточного аустенита небольшое (до 10 %) и увеличивается с ростом содержания углерода в стали. При этом уменьшается способность металла к релаксации локальных напряжений вследствие уменьшения подвижности дислокаций. В сталях, легированных хромом в количестве 12 % и более, релаксация напряжений облегчается вследствие уменьшения активности углерода, переходящего в карбиды. В результате этого, а также из-за увеличения пассивирующего действия хрома рост трещин резко замедляется.

Анализируя представленную диаграмму конструктивной прочности, можно отметить, что с точки зрения получения высоких характеристик стали со структурой перлита не имеет смысла увеличение предела текучести более чем до 700 МПа. Объяснение полученной зависимости связано со структурными особенностями перлита. Чем больше межпластинчатое расстояние в перлите, тем меньше препятствий для движения дислокаций, больше возможностей для релаксации локальных напряжений в стали, меньше предел текучести и больше значение вязкости разрушения. Очевидно, это явление имеет место на диаграмме конструктивной прочности при изменении предела текучести от 850 до 700 МПа. Однако в дальнейшем при увеличении межпластинчатого расстояния увеличивается и толщина цементитных пластин. Цементитные пластины теряют способность к пластической деформации, что приводит к облегчению процесса продвижения трещины. В связи с этим одновременно со снижением предела текучести снижается вязкость разрушения стали.

пограничном слое (она определяется методом вытягивания волокна), достаточная для релаксации локальных напряжений.

Радиационно-термомеханическое упрочнение. Исходя из современных представлений о дефектах кристаллической решетки и наличия критических напряжений различных элементов пластической деформации, для релаксации локальных перенапряжений и залечивания структурных неоднородностей диффузионным и микросдвиговым механизмами Р. И. Гарбер, И. А. Гиндин и И, М. Неклюдов [59, 60] предложили проводить отжиг, отпуск, старение материалов и изделий из них под плавно возрастающей нагрузкой в макроупру-гой области деформации в условиях, близких к эксплуатационным. Скорость нагружения при этом должна соответствовать скорости протекания процессов диффузионной и микросдвиговой релаксации локальных напряжений. Такое механико-термическое воздействие получило название программного нагружения. В отличие от описанных в литературе способов «программного нагружения», «программного деформирования» в этом случае программа нагружения соответствует характеру изменения сопротивления деформированию материала или изделия при нагружении, определяется природой протекающих под нагрузкой процессов релаксации перенапряжений и упрочнения слабых мест, т. е. в принципе является саморегулирующим процессом с обратной связью.

При механико-термическом программном упрочнении кристаллических тел скорость нагружения должна определяться скоростью диффузионных и микросдвиговых процессов релаксации локальных перенапряжений с соблюдением условия равенства в каждый момент времени внешнего усилия и сопротивления деформированию материала, т. е. постоянства скорости его деформирования.

Кратковременное динамическое старение образцов при комнатной температуре (пластическая деформация1 епл ** при этом составила 0,05%) сравнительно мало увеличивает_предел упругости _ tfo.oes — с 88 до 95 кгс/мм2. При последующем после деформации нагреве до 450° С наблюдается дальнейшее повышение предела упругости до 103 кгс/мм2. Пределы текучести и прочности, а также твердость после такой обработки, как показали наши опыты, практически не изменяется. Как известно, пластическая деформация вызывает появление свежих дислокаций. При нагреве после малых степеней деформации идет термически активируемый процесс перераспределения наиболее подвижных дислокаций, что, в свою очередь, приводит к релаксации локальных «пиковых»

Упрочнение облученного до дозы 0,5 • 102° нейтр. см~2 металла не сопровождалось заметным ухудшением пластических свойств. Следовательно, при такой дозе облучения и на данном этапе радиационно-термического старения происходит диффузионное перераспределение Дефектов, способствующих реализации процессов релаксации локальных перенапряжений, что, в свою очередь, создает благоприятные условия для программного упрочнения предварительно облученного материала. Степень изменения условного предела текучести предварительно облученных образцов выше, чем степень изменения предела Прочности OB- Можно полагать, что более резкое увеличение Сто,2 свя-вано с ростом среднего значения распределения стартовых напряжений движения дислокаций за счет создания новых центров закрепления и стопорения источников движения. При малых дозах облучения количество центров закрепления является линейной функцией дозы облучения [3].

Наличие сероводорода в рабочих средах вызывает опасность хрупкого разрушения оборудования. Сероводородсодержащий продукт одновременно может вызывать все наиболее характерные виды коррозионного разрушения: общую коррозию; локализованную (язвенную) коррозию; коррозионное (сульфидное) растрескивание. Преимущественная реализация того или иного вида коррозионного разрушения зависит от свойств среды и металла, уровня номинальной и локальной напряженности и др. Коррозионные среды оказывают двоякое воздействие на металл. С одной стороны, вследствие электрохимического растворения металла происходит уменьшение поперечного сечения элемента, что способствует повышению действующих напряжений и последующему его разрушению. С другой стороны, анодное растворение металла может приводить к релаксации локальных напряжений из-за притупления вершины трещины или какого-либо другого концентратора. Причем способность к релаксации напряжений зависит от вязкопластических характеристик металла. Специфической особенностью

Повышение прочности в процессе ТМО по сравнению с обычной закалкой объясняется предварительным наклепом аустенита, в котором в результате деформации создается повышенная плотность дислокаций, наследуемая образующимся при закалке мартенситом. Такое структурное состояние обеспечивает протекание пластической релаксации локальных напряжений, вызванных повышенной плотностью дислокаций. Как следствие, образующийся при отпуске мартенсит, несмотря на более высокую по сравнению с обычной термической обработкой плотность дислокаций, имеет меньший уровень остаточных напряжений. Это обеспечивает более высокие значения как прочности, так и ударной вязкости и пластичности одновременно.

Заданные прочность, надежность, долговечность достигаются формированием определенного структурного состояния. Оно должно сочетать эффективное торможение дислокаций с их равномерным распределением в объеме материала либо, что особенно благоприятно, допускать определенную подвижность скапливающихся у барьеров дислокаций. Эти требования исходят из того, что хрупкое разрушение инициируют скопления дислокаций критической плотности, например, у непроницаемых барьеров, где возникают опасные локальные напряжения. Их релаксация идет двумя путями: 1) образованием зародыша хрупкой трещины; 2) прорывом и эстафетной передачей дислокаций в смежные области. Второй путь — путь пластической релаксации локальных напряжений — возможен при наличии полупроницаемых барьеров. Их роль, в частности, выполняют малоугловые границы — границы субзерен.

Экспериментально установлено, что циклическое нагружение ускоряет процессы релаксации макронапряжений и может вызвать полное снятие их при температурах, при которых степень термически активируемого возврата незначительна. Так, например, снятие макронапряжений, создаваемых поверхностным наклепом в образцах из стали 50, практически начинается при напряжениях, превышающих 0,7сг_1 (где а_х — предел выносливости гладкого поверхностно наклепанного образца). При циклических напряжениях 0,9a_j снимается преобладающая часть макронапряжений [38]. При большом градиенте напряжений изгиба и кручения (образцы малого диаметра) макронапряжения полностью снимаются при напряжениях, превышающих предел выносливости. На образцах большого диаметра (малый градиент изгибающих напряжений) возможно полное снятие макронапряжений при напряжениях, равных пределу выносливости. Основная часть релаксируемых в заданных условиях нагружения остаточных макронапряжений снимается в первый период циклической наработки — до 1 млн. циклов. Поэтому чем выше уровень циклических напряжений, тем меньше роль и значимость остаточных макронапряжений в их влиянии на усталостную прочность при прочих равных условиях.

Сравнение эпюр остаточных макронапряжений и микротвердости в образцах после нагревов и в образцах 1-й группы показывает, что при нагреве их происходят процессы релаксации макронапряжений и разупрочнения деформированного поверхностного слоя.

Для оценки релаксации остаточных макронапряжений при нагревах введен безразмерный параметр — степень релаксации макронапряжений

сительно малых выдержках. Она обнаруживается при продолжительности нагрева до 2 ч, при дальнейшем увеличении выдержки влияние ее на релаксацию макронапряжений резко уменьшается. Так, например, при изотермическом нагреве с температурой 700° С образцов из сплава ЭИ617 после чистового (V7) и окончательного (V9) шлифования-степень релаксации макронапряжений состав-

Полученные зависимости характеризуют также взаимосвязь релаксации макронапряжений и снижение деформационного упрочнения при нагревах, которое хорошо согласуется с современными представлениями о механизме процессов возврата, контролирующих процесс снятия макронапряжений.

Зависимость релаксации макронапряжений от совместного влияния температуры и продолжительности нагрева и степени деформационного упрочнения поверхностного слоя исследуемых жаропрочных сплавов выражается корреляционным уравнением следующего вида:

Эти уравнения хорошо отражают закономерности релаксации макронапряжений в жаропрочных сплавах.

Зависимость релаксации макронапряжений от температуры выражается уравнениями следующего вида:

Как видно на рис. 4.10, скорость релаксации макронапряжений в гидрогалтованных образцах из сплава ВТ9 при данной температуре максимальная в начальный момент и уменьшается во

Зависимость релаксации макронапряжений от температуры нагрева выражается уравнением следующего вида:

Изменение макронапряжений на поверхности приданной температуре в зависимости от продолжительности нагревов в вакууме показано на рис. 4. 12, на котором видно, что скорость релаксации макронапряжений в виброгалтованных образцах из стали ЭИ961 при данной температуре максимальная в начальный момент и непрерывно уменьшается во времени.