Релаксации напряжения

Иная картина наблюдается при коррозионно-усталостном нагружении (в присутствии электролита;. За счет хемомеханическо-го эффекта облегчается интенсивный выход дислокаций из объема з приповерхностные слои и устанавливается термодинамически более равновесное состояние кристаллической решетки металла по эффективной глубине проникновений рентгеновского луча. Поэтому уровень микроискажений кристаллической решетки на начальных циклах нагружения ниже, чем при испытании на воздухе (до 600 циклов). Далее начинают преобладать процессы поперечного скольжения и релаксации напряжений. Однако постоянное генерирование дополнительного потока дислокаций за счет поверхностной электрохимической реакции из объемов металла поддерживает высокую запасенную энергию и их плотность. Следствием этого является более плавное, чем на воздухе, уменьшение уровня микроискажений в интервале от 600 до 2000 циклов. При

Левая часть равенства (3.13) представляет собой приращение внутренней энергии тела. Приращение поверхностной энергии имеет знак плюс, так как на эту величину увеличилась внутренняя энергия тела. Приращение потенциальной энергии деформации имеет знак минус, так как эта доля внутренней энергии выделяется телом (вследствие релаксации напряжений в связи с появлением новых, свободных от нагрузок, поверхностей тела). Тогда условие (3.13) запишется в виде уравнения:

В условии (3.28) работа внешних сил и потенциальная энергия деформации не связаны теоремой Клапейрона (из-за релаксации напряжений с ростом трещины). Формально можно 8W представить в виде суммы

Механическая работа внешних сил вызывает соответствующее увеличение энергии деформации. В то же время увеличение длины трещины приводит к релаксации напряжений, что, в свою очередь, вызывает изменение энергии деформации по закону упругости. Отсюда получаем энергетический критерий разрушения:

(стадия I деформационного упрочнения). После стадии единичного (легкого) скольжения начинается стадия множественного скольжения — движение дислокации в двух и более системах. На этой стадии после значительной деформации дислокационная структура металла сильно усложняется и плотность дислокаций возрастает по сравнению с исходным состоянием на 4—6 порядков, достигая 10u-f-1012 см~2. Вследствие упругого взаимодействия между дислокациями сопротивление их движению сильно возрастает и для их продвижения внешнее напряжение должно резко возрасти (стадия /7 упрочнения). Под влиянием все возрастающего напряжения развивается поперечное скольжение винтовых дислокаций, т. е. скольжение с переходом из одной разрешенной плоскости скольжения в другую. Это приводит к частичной релаксации напряжений, аннигиляции отдельных дислокаций разного знака и группировке дислокаций в объемные ячейки, внутри которых плотность дислокаций меньше, чем в стенках ячеек. Наступает /// стадия деформации, когда происходит так называемый динамический возврат, который приводит к уменьшению деформационного упрочнения.

Полезно предварительное обжатие соединения до предела текучести материала винтов. Следует учитывать, что напряжения затяжки при эксплуатации могут несколько снизиться вследствие обмятия микронеровностей на стыках и релаксации напряжений в винтах.

Одной из основных причин появления трещин в конструкциях является охрупчивание металла во время эксплуатации и, как следствие, уменьшение способности материала к релаксации напряжений за счет пластических деформаций. Неучет данного фактора может привести к тому, что даже при температурах эксплуатации выше критической температуры вязко-хрупкого перехода разрушение может носить хрупкий характер. Поэтому при анализе текущего состояния ответственной стальной конструкции определение прочностных свойств материала является важнейшим этапом в общем алгоритме оценки.

щей (сге - упругое напряжение), 5Ve - относительное увеличение объема при образовании микро-, мезо- и макроповреждений, 5VS - уменьшение 5VC вследствие релаксации напряжений при пластической деформации.

нышевой было показано, что деформация металла шва в зоне ТИХ осуществляется по механизму межзеренного проскальзывания и горячие трещины возникают в результате исчерпания ресурса пластичности материала в ТИХ. Появление современной аппаратуры для механических испытаний и для структурных исследований РЭМ, в особенности развитие метода in situ РЭМ, позволяющего совместить механические испытания со структурными исследованиями процессов деформирования и разрушения, дает новые возможности для изучения технологической прочности материалов на основе концепции Н. Н. Прохорова. В развитой нами методике образец исследуемого на свариваемость металла нагружается предварительно до некоторого фиксированного уровня напряжений, после чого привод машины отключается. В образце наблюдается развитие релаксации напряжений. В этот период на поверхность образца с помощью дугового разряда наносится сварная точка. Ее появление сопровождается протеканием в образце волны разгрузки из-за нагрева образца теплом дуги. Величина разгрузки регистрируется иа диаграммной ленте. После выравнивания температуры и охлаждения образца до комнатной температуры продолжается процесс релаксации напряжений, но с уровня напряжений меньшего, чем до горения дуги. Экстраполяция уровней напряжения к моменту зажигания дуги позволяет установить разницу этих напряжений, а по ней можно определить величину деформаций, накопившуюся зп время горения дуги. Рассчитав термический цикл сварки в приближении плоского теплового источника в бесконечном стержне постоянного сечения, можно оценить время пребывания сварного металла в ТИХ. Этих данных достаточно, чтобы определить скорость деформации металла шва в ТИХ, которую принимают за критерий образования горячих трещин, если она соответствует появлению трещин в шве. Наличие трещин устанавливается при изучении поверхности оплавленного металла в растровом электронном микроскопе. Экспериментальная часть работы была проведена на образцах стали 10 на испытательной машине «Инстрон-2520». Образцы нагружали до начального уровня напряжений б, 10, 20, 30. 30 кг/мм2. Сварные точки наносились с помощью дуги от плавящегося электрода со стержнем ив стали Св-08 Температура измерялась в контрольной точке с помощью термопары, а распространение температурного Поля по образцу после зажигания дуги рассчитывалось аналитически. Время горения дугового разряда 1 сек. Поверхность оплавленного металла изучалась в растровом электронном микроскопе «Cambridge-360. Наблюдались следы меж-зеренных проскальзываний. При 6 - 2,1*10-' 1/сэк в оплавленном металле не наблюдалось трещин (О ~ б кг/мм2), при других уровнях напряжений они обнаружены.

Здесь принято, что работа внешних сил равна нулю, а тело с трещиной — идеально упругое во всех своих точках. Левая часть равенства (3.11) представляет собой приращение внутренней анергии тола. Приращение поверхностной энергии положительно, так как внутренняя энергия увеличивается. Приращение потенциальной :>шфгии деформации отрицательно, так как внутренняя энергия уменьшается (вследствие релаксации напряжений в свягш с появлением новых, свободных от нагрузок, поверх нос/гей тела).

Механический смысл понятия предела трещиностойкости мо/г:-но еще пояснить следующим образом. Пусть имеется критическая диаграмма р — 1, отвечающая случаю отсутствия пластических деформаций у вершины трещины (т. о. концепция коэффициента интенсивности справедлива). Однако эта диаграмма является теоретической и Fie совпадает с реальной рс — / из-за развития пластической зоны у вершины трещины, причем всегда р>рс при данной длине /, так как в силу пластической релаксации напряжений несущая способность образца падает (сравнительно со случаем идеальной упругости, когда такого падения напряжения пет). Тогда можно записать, что

жения. В этом случае болты устанавливают с большой начальной затяжкой, которая в процессе эксплуатации уменьшается как вследствие релаксации напряжения-в болтах, так и обмятия шероховатостей стыков деталей.

жения. В этом случае болты устанавливают с большой начальной затяжкой, которая в процессе эксплуатации уменьшается как вследствие релаксации напряжения в болтах, так и обмятая шероховатостей стыков деталей.

Релаксация напряжения. Закрепим верхний конец образца из эластомера, растянем его и через динамометр Д закрепим нижний конец (рис. 1.31, а). Будем отсчитывать показания динамометра через равные промежутки времени и по этим показаниям определять напряжения а, действующие в образце. Как показывает опыт, эти напряжения не остаются постоянными, а непрерывно падают от на-, чального значения сг0 до некоторой равновесной величины а^, достигаемой теоретически через t-+ оо (рис. 1.31, б). В этом состоит процесс релаксации (рассасывания) напряжений в эластомере. Количественно он описывается следующим приближенным уравнением: '••'•'

С молекулярной точки зрения процесс релаксации напряжений в эластомере протекает следующим образом. При быстром растяжении образца и закреплении его концов молекулы полимера не успевают вытягиваться, а распрямляются лишь частично. Вместе с этим происходит небольшая деформация валентных углов и изменение межатомных расстояний. Такие изменения требуют значительно больших усилий, чем те, которые необходимы для раскручивания •полимерных цепей. Поэтому напряжения, необходимые для расгя-•жения образца, оказываются высокими; соответственно высоким является и модуль упругости. После растяжения образца и закрепле.

Рис. 1.31. Релаксация напряжения в эластомере:, а — схема установки для наблюдения релаксации напряжения; б — релаксационная

Рис. 3. Скорость релаксации напряжения а в зависимости от падения напряжения До для разных величин относительной пластической деформации в петле е =

Рис. 4. Зависимость активационной площади А от эффективного напряжения, определенная исходя из релаксации напряжения в полупетле растяжения для ерг = 1,8еор (Ъ — вектор Бюргерса), при температурах, К:

3. Релаксация напряжения. После достижения определенной величины относительной деформации рост ее прекращался и наблюдалось временное падение напряжения. Из полученной зависимости определяли зависимость скорости релаксации напряжения а от падения напряжения Да.

На рис. 3 представлена скорость релаксации напряжения вдоль петли гистерезиса для температуры Т = 133 К. Уменьшение ве-

Для значений ерг, близких к 2гар, т. е. ърг— 1,8еаг, исследовались релаксации напряжения при разных температурах в полупетлях растяжения и сжатия. Из этих зависимостей была определена активационная площадь А при данной температуре и данном эффективном напряжении.

Эксперименты по релаксации заключались в следующем. На различных уровнях напряжения а вдоль заданной петли гистерезиса деформирование приостанавливалось и величина деформации е с помощью электронной системы контроля удерживалась постоянной (Ае = ±10~~ ). При этом отдельные кривые релаксации напряжения ard (t) были записаны в течение t = 400 с с высокой чувствительностью (на самопишущем приборе 1 см = 1 МПа; для сравнения отметим, что амплитуда напряжения а„ = 200 МПа при ера = 1,5 X X 10~ ). Опыты по релаксации такого характера проводились с точки (В') до уровня (А) вдоль петли гистерезиса (рис. 1, а, справа). Для всех уровней напряжения зависимость In ( — ard) от а„>( была линейна. Из наклонов этих прямых определены экспериментальные актива-ционные площади Ае из соотношения