Зависимости долговечности

На рис. 464 приведены зависимости длительной прочности от температуры для дисперсноупрочненного никеля и высокопрочного никелевого сплава. Основным преимуществом дисперсноупрочненных материалов являются значительно более высокие рабочие температуры по сравнению с обычными сплавами на той же основе. Эти материалы характеризуются структурной стабильностью и высокой жаропрочностью при температурах до 0,9 Тпл (Тпл — температура плавления матрицы). Однако они, как правило, уступают обычным сплавам по прочности в интервале низких и средних температур (до 0,7 Гол), пластичности, деформируемости и свариваемости, а также значительно дороже последних. Эти недостатки ограничивают возможности применения дисперсноупрочненных материалов. В настоящее время в промышленных масштабах производят диспер-сноупрочненные материалы на основе алюминия, никеля и вольфрама.

Для двух произвольно выбранных сред, условно названных модельной и натурной, график зависимости длительной прочности материала от времени приведен на рис. 33.

На рис. 1.4 представлены кривые зависимости длительной пластичности образцов из стали 12Х1МФ от параметра Ларсона—

В настоящее время при описании кривых длительной прочное-ти нашел применение ряд параметрических зависимостей [25, 252], наиболее распространенными из которых в силу простоты и достаточной точности являются зависимости типа Мэнсона — Хэфферда [252, 281] и Ларсена — Миллера [252, 277]. В работе {255] подобные параметры предложено использовать и для выражения зависимости длительной пластичности от времени и температуры испытания.

Для экспериментального обоснования температурно-времен-ной зависимости длительной прочности (24) произведена статистическая обработка экспериментальных данных зависимости циклической долговечности от амплитуды напряжений, полученных в работе и других авторов. Результаты статистической обработки экспериментальных данных по формуле (24) подставлены на рис. 5, а. Для сравнения на рис. 5, а приведены также результаты статистической обработки экспериментальных данных по формуле С. Н. Журкова с сотр. (28). На рис. 5, б представлены графики, свидетельствующие о слабой зависимости t0 — оа в формуле (24). Из рис. 5, б также следует, что величина предэкспоненты ?0 на 2—7 порядков меньше i0 = 1013 с и изменяется в предалах i0 = 10е-МО11 в зависимости от марки стали, ее структурного состояния и амплитуды напряжений.

Приведенная формула получена для случая, когда справедлива гипотеза линейного суммирования повреждений. Практически использование этой формулы может быть представлено следующим образом. Для условий моделируемых и моделирующих объектов кривые изменения в цикле температуры и напряжений разбиваются на п равных участков по оси абсцисс (время) и для каждого участка определяются средние значения ст и Г, по которым, используя соответствующие зависимости длительной прочности для каждого материала, получают значения 1ат для каждого участка. Наиболее близкие условия повреждаемости кромок лопаток в модели и натуре следует ожидать при \\ = 1. Если г Ф 1, то небольшим варьированием температуры нагрева необходимо подобрать такое ее значение, при котором этот коэффициент будет равен единице.

На основании рассмотрения процесса в первом полуцикле можно заключить, что, по-видимому, если в экстремальных условиях долговечности материала одинаковы, то в связи с подобием процессов в модели и натуре повреждаемости в течение всего цикла будут тождественны. Для этого случая воспользуемся обобщенными графиками параметрической зависимости длительной прочности материалов.

8. Эмпирические зависимости длительной

С учетом зависимости длительной прочности 0ДП (МПа) от температуры t для роторов из стали Р2, 20ХЗМВФ и 25Х2М1Ф формула (86) будет иметь вид:

В подавляющем большинстве случаев хрупких разрушений элементов энергооборудования их нельзя объяснить исчерпанием резервов материала только по сопротивлению ползучести или по сопротивлению усталости. Основные применяемые в расчетах на прочность и долговечность степенные зависимости длительной прочности и термической усталости, имеющие однотипный монотонный характер, устанавливают однозначную связь времени до разрушения или долговечности по числу циклов с силовыми или деформационными параметрами при длительном статическом или термоциклическом нагружении. Эти зависимости не отражают в полной мере влияния всех факторов, действующих на металл в процессе эксплуатации.

Рис. 12.2.4. Зависимости длительной прочности ряда сталей от параметра Р я интервале времени 104 ... 105 ч "

нительную информацию о механизмах разрушения, чтобы различать доминирование каждого из них в той или иной области разрушения. Представление об одновременном влиянии на малоцикловую усталость температуры и скорости деформации было получено для нержавеющей аустенитной стали типа 310 [31]. Исследования были проведены на круглых образцах диаметром 22 мм в диапазоне частот нагружения 10~2-10~4 Гц при изменении температуры вплоть до 800 °С. Полученная номограмма зависимости долговечности от скорости деформации и температуры свидетельствует о наибольшем возрастании скорости роста трещины и снижении долговечности при 600 °С для минимальной скорости деформации. Максимальное снижение долговечности связано с доминированием межзеренного разрушения. Важно отметить, что возрастание долговечности при минимальной скорости деформации и максимальной температуре связано с повторным переходом к внутризерен- ному разрушению и формированию в изломе пре- имущественно усталостных бороздок. ;

емом диске — текстурирование материала, повлиявшее на снижение его долговечности и снизившее период роста трещин. Однако, судя по наработке дисков в эксплуатации на момент их разрушения, не было однозначной зависимости долговечности дисков от величины радиуса и/или наличия текстуры материала. Различие в долговечности дисков с разным радиусом галтели и текстурой материала составило 2537-2020 циклов. Это естественный разброс долговечности материала в области малоциклового усталостного разрушения. Более существенно долговечность дисков в эксплуатации отличалась от стендовых дисков. Циклическая наработка дисков в эксплуатации была почти в 4 раза ниже.

Целью многих исследований являлось изыскание способов выражения зависимости долговечности от параметров нестационарного нагружения. Известны попытки модернизации уравнения типа (3.1) путем введения в него параметров нагружения. В [105] заменой действующего напряжения на суммарную де-

Другую форму зависимости долговечности при термоциклическом нагружении от" механических свойств можно получить при использовании двучленного уравнения типа уравнения Мэн-

В качестве примеров использования параметра ак можно сослаться на выполненную с его помощью оценку зависимости долговечности турбинных лопаток газотурбинного двигателя, позволившую предложить методику расчетно-опытного обоснования требований к неровностям поверхности этих деталей, а также на определение процедуры ускоренных испытаний влияния различных технологических процессов и режимов обработки на повышение выносливости деталей технологическими средствами.

В процессе циклического деформирования образцов с помощью микроскопа с 300-кратным увеличением вели наблюдение за появлением и развитием усталостных трещин на полированных боковых поверхностях. Это позволило получить зависимости долговечности до появления усталостной трещины от уровня амплитуды напряжений, а также длины нераспространяющихся усталостных трещин ов образцах различных размеров.

Рис. 5, Зависимости долговечности (а) и предэкспоненты t0 (S) от амплитуды напряжений оа (точки — экспериментальные данные [9], сплошные и пунктирные линии — расчетные значения по формулам (24) и (28) соответственно:

логарифма долговечности S\n t» при обработке экспериментальных данных по формуле (24) несколько ниже, чем по формуле (28). Это свидетельствует о достоверности и экспериментальной обоснованности квадратичной зависимости долговечности ^ от амплитуды напряжений ста- Аналогичные результаты были получены при обработке экспериментальных данных других авторов.

В результате испытаний не удалось установить зависимости долговечности при синфазном неизотермическом нагружении от механических свойств материала. Не подтверждена характерная для нормальных температур достаточно четкая зависимость характеристик сопротивления малоцикловой усталости от деформационной способности материала. Выявлен необычный характер зависимости долговечности от деформационной способности при длительном статическом нагружении.

По результатам экспериментов построены кривые малоцикловой усталости натурной конструкции — зависимости долговечности от задаваемого размаха перемещения (рис. 3.28, а) и расчетной упругоплас-

Зависимости долговечности т материала от напряжения а и температуры Т, аналогичные экспериментально установленному уравнению (4), получены путем теоретического рассмотрения дислокационных механизмов зарождения и роста трещин, кинетических свойств дислокаций.