Скоростью деформирования

Исследования, проведенные в хлоридных растворах при нормальной температуре со скоростью деформации 7 х 10"4 с"1, не выявили, в пределах ошибки эксперимента, изменения пластичности стали по отношению к испытаниям на воздухе. При уменьшении скорости деформации на порядок (7 х 10"5 с'1) величина относительного удлинения изменилась с 22% при испытании на воздухе до 25% в нейтральном хлоридном растворе и 17% в подкисленном хлоридном растворе. Аналогичная закономерность наблюдалась для значений относительного сужения, величина которого для образцов, испытанных на воздухе, составляла — 67%, нейтральном хлоридном растворе - 71% и подкисленном хлоридном растворе — 33% с хорошей воспроизводимостью результатов. Эффект изменения пластичности проявлялся только при снижении скорости нагружения до определенной величины, при которой коррозионный фактор "успевал" проявиться. Последнее, по-видимому, связано со значительным увеличением времени контакта поверхности металла с коррозионной средой. Увеличение параметров пластичности стали в нейтральном хлоридном растворе, по-видимому, вызвано проявлением хемомеханического эффекта [36], который в подкисленном растворе полностью подавлялся за счет наводороживания металла в условиях протекания коррозии с водородной деполяризацией, что и приводило к уменьшению параметров пластичности. По действию на выбранные параметры пластичности подкисленный хлоридный раствор оказывал влияние, аналогичное воздейст-

Исследования, проведенные в карбонат-бикарбонатной среде при скоростях нагружения 3 х 10"5 с"1 и диапазоне наложенных потенциалов минус 0,3-0,7 В (ХСЭ) в режиме двухполярной поляризации при температуре 20° С, не выявили в пределах ошибки эксперимента изменения пластичности по сравнению с пластичностью на воздухе. При увеличении температуры до 70° С отмечалось максимальное уменьшение относительного удлинения при потенциале поляризации минус 0,6 В (ХСЭ), в окрестностях которого и формировалась "узкая область" потенциалов КР. Испытания специально разработанных в Баттелевском институте (США) нестандартных образцов уменьшенного размера [174], проведенные в УГНТУ при температуре 70° С со скоростью деформации 8 х х Ю"6 с'1, показали большее изменение относительного удлинения -с 16% на воздухе до 11% в модельной среде при значении наложенного потенциала -0,6 В (ХСЭ), что, по-видимому, связано с проявлением масштабного фактора.

Таким образом, обнаружено, что испытания образцов с постоянной скоростью деформации эффективны для изучения механо-химического поведения стали в нейтральных и кислых средах и менее эффективны в щелочных средах. Для щелочных сред результаты, пригодные для практического использования, могут быть получены только при повышенных температурах испытаний, что подтверждается данными зарубежных исследователей [214]. Последнее может служить серьезным недостатком метода в связи с невозможностью получения достоверных результатов для их реализации на магистральных газопроводах Западной Сибири и Урала. Кроме того, максимальная механохимическая активность наблюдается при растягивающих напряжениях, превышающих предел текучести. Поэтому результаты, получаемые с помощью данной методики, можно переносить на реальные объекты с определенной степенью осторожности вследствие эксплуатации инженерных сооружений, таких как магистральные газопроводы в области механических напряжений, не превышающих предел теку-

В. Дельбеком и др. [127] проведены длительные испытания труб из стали Х60 в грунте, содержащем бикарбонат натрия, при температуре стенки 70° С. Трубы изолировались полиэтиленовым покрытием, перед нанесением которого на некоторых трубах поверхность Подвергалась пескоструйной и дробеструйной обработкам. Потенциостатически катодно-поляризованные трубы циклически нагружались со скоростью деформации 10"7 с"1. Напряжения в стенке труб не превышали 0,87 стт. Время экспозиции составляло 1000 часов. Было испытано 9 труб. В результате проведенных исследований обнаружено, что на участках с дефектами изоляции коррозия отсутствовала. Она не была обнаружена также под от: слоившейся изоляцией на трубах, поверхность которых перед экс-

мытых шеек), когда она перемещается по длине образца, не давая локализованного сжатия. При такой квазиравномерной деформации достигаются очень большие удлинения при растяжении образца. На рис. 32 приведена схема зависимости между напряжением (lg о) и скоростью деформации (!g e). Видно, что наибольшая чувствительность к скорости деформации соответствует зоне 2, когда т > 0,3. В этом интервале скоростей деформации (область 2) и проявляется СП (рис. 32).

На рис. 13.1 показана типичная кривая ползучести. Отрезок 0—/ характеризует упругие удлинения, которые образовались сразу после нагружения образца. Участок кривой /—2 является периодом неустановившейся ползучести, когда деформация протекает с неравномерной, замедляющейся скоростью. Участок 2—3 является периодом установившейся ползучести, протекающей с постоянной скоростью деформации. Участок 3—4 характеризуется резким возрастанием ползучести, обусловливающим разрушение образца.

где стдин — предел текучести при динамической нагрузке со скоростью относительной деформации 1'дин; сгст — предел текучести при статических "испытаниях с обычной скоростью деформации v^ = 10"4 сек"1; k - коэффициент чувствительности материала к скорости нагруження.

Обозначив через 0 угол между отрицательным направлением оси х2 и произвольно выбранным положительным направлением вдоль линии со скоростью деформации q0, получим

Исследования, проведенные в хлоркдиых растворах при нормальной температуре со скоростями деформации 7-Ю"4 с"1 и 7-Ю"5 с",1 показали следующее. Исжытанин со скоростью деформации 7-Ю"4 с"1 не выявили, в пределах ошибки эксперимента, изменения пластичности стали по отношению к испытаниям на воздухе. При уменьшении скорости деформации на порядок, величина относительного удлинении изменилась с 22Х при испытании на воздухе, до 25% в нейтральном хлоридном растворе и 17Х в подкисленном хлоридном растворе. Аналогичная закономерность наблюдалась для значений относительного сужения, величина которого для образцов, испытанных на воздухе, составляла - 67%, е нейтральном хлоридном растворе - 712 (ХМЭ; и подкисленном хлоридном растворе - ЗЗХ. Причем наблюдалась хорошая повторяемость результатов. Эффект изменения пластичности проявлялся только при снижении скорости нагружения до определенной величины, ниже которой коррозионный фактор "успевал" проявиться. Последнее, по - видимому, связано со значительным увеличением времени контакта поверхности металла с коррозионной средой. Увеличение параметров пластичности стали в нейтральном хлоридном растворе, по-видимому, вызвано проявлением хемомеханического эффекта, который в подкисленном растворе полностью подавлялся за счет наводороживачия металла в условиях протекания коррозии с водородной деполяризацией, что и приводило к уменьвк ли» параметров пластичности. По действию на параметры пластичности подкисленный хлоридный раствор оказывал такое же влияние, как воздействие отрицательных температур (-60° С). Изменения- пластичности образцов, предварительно выдержг'ных в указанных средах в течение 14 суток и испытанных на воздухе, обнаружено не было. Это свидетело-ствует о механохимической природе изменения пластических свойств.

перимента изменения пластичности в КБС по сравнению с пла, гич-ностью на воздухе. При увеличении температуры до 70° С отмечалось максимальное уменьшение относительного удлинения при потенциале поляризации минус 0.* В (ХиЭ). в окресностях которого и формиро валясь "узкая область" потенциалов КР. Испытания специально разработанных в Еаттелевском институте (США) нестандартных образцов умеяыиенчого размера, проведенные в УГНТУ при температуре 70° С со скоростью деформации 8-10~8 с'1, показали больше изменение относительного удлинения - с 16% на воздухе до 11% в модельной среде при значении наложенного потенциала -0,6 В (ХСЭ), что, очевидно, связано с проявлением масштабного фактора.

В.Дельбеком и др. проведены длительные испытания тпуб из стали ХбО в грунте, содержащем бикарбонат натрия, при температуре стенки 70° С. Трубы изолировались полиэтилене: ым покрытием, перед нанесением которого их поверхность подвергалась пескоструйной и дробеструйной обработкам. Потенциостатически катодно поляризованные трубь- циклически нагружались со скоростью деформации 10~7 с"1. Напряжения в стенке труб не превышали 0.87 бт. Время экспозиции составляло 1000 часов. Выло испытано 9 труб. В результате проведенных исследований обнаружено, что на участках с дефектами изоляции, коррозия отсутствовала. Она не была обнаружена также под отслоившейся изоляцией на трубах, поверхность которых перед экспериментом подвергалась пескоструйной или дробестройной обработкам. Однако в последнем случае достаточно сложно идентифици-

разрушаются. Алюминиевые сплавы, имеющие хорошую пластичность (АЛ1, Д1, АК2 и др.). куют на молотах и гидравлических прессах без особых ограничений. Малопластичные алюминиевые сплавы (АКЗ, В93 и др.) предпочтительней ковать на гидравлических прессах в вырезных бойках, так же как малопластичные магниевые сплавы (МАЗ). На гидравлических прессах с невысокой скоростью деформирования можно ковать и магниевые сплавы, обладающие хорошей пластичностью (MAI, MA2).

условий деформирования и могут определяться экспериментами при различных температурах, соответствующих сварочным. Указанные параметры упругости функционально связаны между собой так, что независимыми остаются два параметра из четырех. Известные экспериментальные данные показывают, что для целого ряда конструкционных материалов изменение коэффициента Пуассона при повышении температуры несущественно. Поэтому рекомендуется в расчетах сварочных деформаций и напряжений принимать коэффициент Пуассона v = const и равным значению его при нормальной температуре. Для экспериментального определения модуля сдвига проводят испытания на кручение тонкостенного трубчатого образца при постоянной температуре с постоянной скоростью деформирования. Подобные испытания проводят для ряда температур из диапазона сварочных с интервалом Л7П = 50...ЮО К, начиная с нормальной температуры Го. Диапазон сварочных температур для исследования деформаций и напряжений следует ограничить максимальной температурой 7"к,при которой предел текучести материала близок к нулю. Для алюминиевых сплавов значение температуры Тк находится в диапазоне 573...673 К, для низкоуглеродистых сталей Тк = = 873 К, для коррозионно-стойких сталей и титановых сплавов Гк= 1073...1173 К. Зная коэффициент Пуассона v, и модуль сдвига G,, можно подсчитать значения нормального модуля ?,- и объемного модуля /G при соответствующей температура Тс.

Можно определить нормальный модуль ?, экспериментально — растяжением образцов при постоянной температуре с постоянной скоростью деформирования. Испытания также следует проводить для ряда температур из диапазона сварочных, а затем, используя формулы (11.6), подсчитать значения модуля сдвига G, и объемного модуля /G.

Образцы металла в состоянии поставки, идентичные по химическому составу, термомеханической обработке и механическим свойствам металлу контролируемого аппарата или трубопровода, в среде МАСЕ выдерживают от 0 до 720 ч при постоянной нагрузке, эквивалентной величине рабочих напряжений, характерных для данной конструкции. При этом в металле накапливаются микроповреждения. Затем образцы дорывают в той же среде при медленном растяжении со скоростью деформирования не более 2-1СГ6 с"1 и определяют величину относительного сужения Ч',,, отражающую сопротивляемость стали сероводородному растрескиванию.

По современным представлениям [41-44], базирующимся в значительной мере на работах А. Ф. Иоффе, Н. Н. Давиденкова и Я. Б. Фридмана, переход металла в хрупкое состояние наблюдается, когда разрушающее напряжение (сопротивление отрыву) становится равным пределу текучести. На микроскопическом уровне хрупкое разрушение происходит путем скола по плоскостям преимущественной ориентации решетки металла [45]. Важная роль при этом принадлежит механизмам ограничения пластического деформирования. Эти механизмы могут иметь различную природ}1, причем доминирование любого из них определяется совокупно стью большого числа факторов (температурой, скоростью деформирования, химическим воздействием и т. д). Общепризнанно, что на степень стеснения пластических деформаций оказывают влияние наличие в металле дефектов, конструктивных концентраторов напряжений, повышение плотности дислокаций, мелкодисперсные выделения [46].

Реологические характеристики материала определяют его реакцию на скорость деформации. Для понимания этого вопроса весьма полезным является введенные Я. Б. Фридманом [292] понятия упругой и диссипатлвпол составляющих сопротивления материала механическому воздействию. Последняя в свою очередь состоит и ,ч суммы чнелов, связанных со скоростью деформирования (вязкое сопротивление) и с величиной остаточной деформации (пластическое сопротивление). Бесконечно медленное приложение внешней нагрузки приводит к равновесию ее с силой упругого сопротивления образца. С ростом уровня внешней нагрузки сила упругого сопротивления постепенно переходит в упругопла-стнческое. Н этом случае, если материалу п присуще вязкое сопротивление, то оно себя не проявляет.

По современным представлениям, базирующимся в значительной мере на работах А.Ф. Иоффе, Н.Н. Давиденкова и Я.Б. Фридмана [22, 38], переход металла в хрупкое состояние наблюдается, когда разрушающее напряжение (сопротивление отрыву) становится равным пределу текучести. На микроскопическом уровне хрупкое разрушение происходит путем скола по плоскостям преимущественной ориентации кристаллической решетки металла [40]. Важная роль при этом принадлежит механизмам ограничения пластического деформирования. Эти механизмы могут иметь различную природу, причем доминирование любого из них определяется совокупностью большого числа факторов (температурой, скоростью деформирования, химическим воздействием и т. д.). Общепризнано, что на степень стеснения пластических деформаций оказывают влияние наличие в металле дефектов, конструктивных концентраторов напряжений, повышение плотности дислокаций, мелкодисперсные выделения [41, 37, 39].

Машины фирмы MTS снабжают малой управляющей ЦВМ типа РДР-8Е и поставляют с библиотекой из 23 программ: для статических испытаний с постоянной скоростью деформирования, автоматическим вычислением и печатанием модуля упругости, верхнего и нижнего предела текучести, максимального и разрушающего напряжений, полной деформации, а также значений истинных напряжений в заданных точках, для малоцикловых испытаний в жестком и мягком режимах, при случайном чередовании амплитуд деформаций и при одновременном изменении значений амплитуды силы и деформации по квадратичному закону (управление по Нейберу); для испытаний на ползучесть, релаксацию, образование трещины для определения Кю и др..

Крейн и Тресслер [15] испытали 0°-ные волокна сапфира с защитным акриловым покрытием. Покрытие было удалено в вакууме при 720 К, и волокна были обработаны в шаровой мельнице для измельчения бумаги. При этом за счет царапанья волокон одно-о другое на их поверхности были созданы повреждения, подобные тем, которые возникают при взаимодействии волокон с металлами, Волокна были испытаны на воздухе со скоростью деформирования 1,25 мм/мин. Результаты испытаний представлены на рис. 21. Волокна с поврежденной поверхностью имеют при комнатной температуре прочность около 140 кГ/мм2, а при 1373 и 1573 К — ту же прочность, что и волокна без обработки. Отсюда следует важный вывод :относительно высокотемпературных механических свойств.

делить значения коэффициентов уравнения (3.7) путем среднестатистической обработки результатов испытаний на разрыв с постоянной скоростью деформирования и расчетным способом получать кривые ползучести [65].

Типичным для длительного высокотемпературного нагруже-ния является межзеренное разрушение, однако не исключено и внутризеренное разрушение, возможность которого определяется в первую очередь скоростью деформирования и температурой.