Зависимости прочностных

На рис. 337 приведена общая форма зависимости прочности от продолжительности приложения нагрузки при разных температурах. Такого вида диаграммы справедливы для многих металлов и сплавов, так что представленную зависимость следует рассматривать в принципе как общую для металлов.

Наибольшее внимание привлекают алюминиевые сплавы, армированные волокнами из бора, углерода, нержавеющей стали и бериллия; титановые сплавы, армированные волокнами молибдена и бериллия, и никелевые сплавы, армированные волокнами вольфрама, молибдена и их сплавов. Данные о прочности некоторых волокон и армированных материалов приведены в табл. 156 и 157. Такие материалы наиболее перспективны для деталей, работающих в условиях, близких к одноосному растяжению, например лопаток турбин и компрессоров. Максимальные рабочие температуры этих материалов близки к температуре плавления матрицы. На рис. 465 в качестве примера показаны температурные зависимости прочности для алюминия, армированного стеклянными и кварцевыми волокнами. Для сравнения на графике приведены свойства дисперсноупроч'ненного алюминия и алюминиевого сплава. На рис. 466 показана макро- и микроструктура прутка из сплава нихром, армированного волокнами вольфрама (50%).

Прежде всего следует акцентировать внимание на том, что С.Н. Журков был одним из первых, кто обнаружил универсальность временной зависимости прочности, введя в рассмотрение процесса разрушения фактор времени. Эта идея поколебала установившуюся точку зрения на разрушение как мгновенного акта. Концепция С.Н. Журкова связана с утверждением, что разрушение является по своей природе термофлуктуационным процессом, в котором внешняя сила не осуществляет непосредственно разрыва межатомных связей, а лишь препятствует рекомендации разорванных связей. Зависимости между временем до разрушения, скоростью ползучести с (скорости накопления деформации) и напряжением а имеют вид:

Отмеченные закономерности изменения сварных соединений от геометрических параметров сварных швов со смещением кромок относятся к двухсторонним швам. Для односторонних швов увеличение параметра mbs или угла (3 также приводит к повышению прочности. Однако, такое повышение прочности связано лишь с увеличением площади поперечного сечения шва. Поскольку, в корне шва угол перехода р' сохраняется (р' = const = 90°), то при любом значении mbs разрушение должно инициироваться в точке А, хотя для пластичных материалов отмечаются разрушения по основному металлу [26]. Причем, критическое значение mbs =4Д. На рис. 2.17 представлены зависимости прочности сварных соединений со смещением кромок, выполненных односторонними швами от параметра mbs(mbs = b/S).

Чем больше доля сопротивления материала, приходящаяся на диссинатнвлук) часть, тем чувствительнее материал к скорости и длительности нагружения. Нее кинематические характеристики материала, его временные зависимости прочности п пластичности, целиком определяются силами вязкого сопротивления материала, которые зависят от его структуры, строения п особенностей. Отсутствие сил вязкого сопротивления приводит к нечувствительности материала к скорости погружения и влиянию времени.

Специфика сварки конструкций из данных сплавов типа ПТ-ЗВ состоит в том, что для выполнения стыковых соединений используются присадочные проволоки с более низкими механическими характеристиками (от, Ов), что обуславливает неоднородность их соединений (шов — мягкая прослойка). В результате оболочковые конструкции из сплава ПТ-ЗВ ослаблены мягкими прослойками — прямолинейными по первому варианту изготовления и наклонными по второму варианту. На практике предпочтение отдавалось первому варианту изготовления — сварке в разделку, параллельную нормали к корпусу оболочки. Это было вызвано тем, что испытания образцов, вырезанных поперек сварного соединения из конструкций, выполненных по обеим вариантам, показали значительное снижение прочности соединений, имеющих наклонный сварной шов. Последнее вполне отвечает закономерностям зависимости прочности соединений, ослабленных наклонными мягкими прослойками, от угла наклона последних, рассмотренным в разделе 3.6 настоящей работы, и отвечает "мягкой" схеме нагружения данных соединений. В конструкциях, имеющих существенную кольцевую жесткость (к ним, в частности, относится рассматриваемая сферическая обо-

ломка), как было показано в разделе 2.6, наблюдается диаметрально противоположный характер зависимости прочности соединений с наклонными прослойками от угла ориентации последних по отношению к вектору прикладываемого усилия. Угол наклона мягких прослоек благоприятно сказывается на уровне несущей способности соединений, так как они нагружаются по ''жесткой схеме". Учитывая данные обстоятельства, более предпочтительным является второй вариант изготовления сварных сферических оболочковых конструкций без обработки кромок под сварку. При этом, с \четом местоположения кольцевого шва (по мере удаления от экваториальной плоскости), каждый последующий шов, имеющий больший угол наклона ср, может быть выполнен по более широкому щелевому зазору.

где А — постоянная, зависящая от вида материала; t/o - энергия активации разрушения при отсутствии напряжения; a - напряжение; у- структурно-чувствительный коэффициент; k - постоянная Больцма-на. Экспериментальные исследования большого числа полимеров, посвященные изучению температурно-временной зависимости прочности полимеров, показывают, что параметр (70 в уравнении Журкова не зависит от изменения молекулярной массы (длины макромолекул), ориентации макромолекул (технологии получения и вытяжки) и пластификации (введения пластификатора). Вместе с тем параметр у заметно изменяется во всех этих случаях. Согласно этим данным энергия активации разрушения нечувствительна к изменениям структуры и может характеризовать свойства полимерного материала в качестве

Джеффрис и Арчер [1], обобщая, во-первых, литературные данные и результаты собственных исследований, показавших постепенное понижение пластичности меди, никеля и железа с температурой до относительного удлинения 4 % у меди, 15 % у никеля и до 18 % у железа и аналогичного понижения относительного сужения; во-вторых, изменение характера излома от транскристаллитного к межкристаллитному при повышении температуры, а также используя гипотезу Розенгейна о наличии по границам зерен металлов «аморфного цемента», предложили схему (рис. 8), по которой кривые температурной зависимости прочности границ и тела зерен пересекаются при некоторой средней температуре, названной ими «эквикогезивной» (равнопрочной). Ниже этой температуры аморфный металл прочнее, поэтому происходит пластичес-

Влияние свойств арматуры. Установление зависимости прочности исследуемых материалов от свойств и объемного содержания арматуры представляет более трудную задачу, чем описание упругих характеристик. Это обусловлено в некоторой степени отсутствием теоретических зависимостей, описывающих прочность рассматриваемого класса материалов, а также отсутствием опытных данных, устанавливающих характер изменения прочности от указанных параметров. Имеющиеся экспериментальные данные (см. табл. 4.9) не позволяют решить поставленную задачу, так как относятся к материалам, отличающимся друг от друга объемным содержанием волокон и степенью их искривления. Некоторое качественное представление о зависимости прочности рассматриваемого класса материалов от их структурных параметров и свойств арматуры можно получить, используя покомпонентный расчет [4]. В его основу положена оценка предельных напряжений, возникающих в арматуре и в связующем, при действии на материал определенного поля напряжений.

Специфика сварки конструкций из данных сплавов типа ПТ-ЗВ состоит в том, что для выполнения стыковых соединений используются присадочные проволоки с более низкими механическими характеристиками (<зт, CFB), что обуславливает неоднородность их соединений (шов — мягкая прослойка). В результате оболочковые конструкции из сплава ПТ-ЗВ ослаблены мягкими прослойками — прямолинейными по первому варианту изготовления и наклонными по второму варианту. На практике предпочтение отдавалось первому варианту изготовления — сварке в разделку, параллельную нормали к корпусу оболочки. Это было вызвано тем, что испытания образцов, вырезанных поперек сварного соединения из конструкций, выполненных по обеим вариантам, показали значительное снижение прочности соединений, имеющих наклонный сварной шов. Последнее вполне отвечает закономерностям зависимости прочности соединений, ослабленных наклонными мягкими прослойками, от угла наклона последних, рассмотренным в разделе 3.6 настоящей работы, и отвечает "мягкой" схеме нагружения данных соединений. В конструкциях, имеющих существенную кольцевую жесткость (к ним, в частности, относится рассматриваемая сферическая обо-

Особое внимание, которое придается вопросу о природе температурной зависимости прочностных характеристик металлов, обусловлено его решающим значением в конкретных практических задачах, связанных с выбором материалов, режимов их получения и эксплуатации.

В области средних температур 0,15 — 0,5ГПЛ (см. рис. 2.8) пластическая деформация ОЦК-металлов контролируется в основном взаимодействием дислокаций с примесными атомами внедрения [85— 87]. В металлах и сплавах технической чистоты, т. е, с повышенным содержанием элементов внедрения, указанную область можно разбить на два температурных интервала: выше и ниже температуры конденсации атмосфер Коттрелла [85, 86], которая обычно составляет порядка 0,25— 0,36ГПЛ. Ниже этой температуры наблюдается в основном взаимодействие дислокаций с атмосферами Сноека [85], а выше этой температуры происходит разблокирование из атмосфер Коттрелла [86, 88], причем такой процесс носит характер динамического равновесия. Поскольку в этом температурном интервале скорость миграции примеси становится соизмеримой со средней скоростью дислокации, движущейся от барьера к барьеру, то «периодически происходит захват дислокаций атмосферами [4] и столь же периодический отрыв от них при дальнейшем повышении напряжения течения. Этот периодический процесс, называемый динамическим деформационным старением, вызывает заметные спады напряжения, которые придают диаграмме нагружения характерный зубчатый вид (эффект Портевена — ЛеШателье) [5]. Эффект Портеве-на — Ле Шателье чувствителен к скорости и степени деформации и часто приводит к аномальному повышению напряжения течения в отдельных температурных интервалах, что вызывает появление дополнительных максимумов на кривой температурной зависимости прочностных свойств.

Температурные зависимости прочностных и пластических свойств у сплавов, испытанных в продольном и поперечном направлениях (сплавы 2014-Т651, 2219-Т851 и 6061-Т651), практически одинаковы. В случаях проведения уд-

Основываясь на том, что физические свойства взаимосвязаны, в качестве одного из определяющих свойств графита принимаем плотность (или общую пористость). Статистическая обработка опытных данных по пяти промышленным маркам графита дала возможность предложить корреляционные зависимости прочностных характеристик (пределов прочности

^Полученные в процессе облучения экспериментальные результаты влияния реакторного облучения на прочностные свойства стали в зависимости от скорости деформирования представлены на рис. 1. Как видно, влияние облучения на механические свойства зависят от дозы облучения и скорости растяжения. Так, если скорость растяжения составляет 2 • 10~п с"1, то прочностные свойства при испытаниях в процессе облучения выше, чем в необлученном состоянии, степень радиационного упрочнения с дозой снижается: при дозе 0,5 X X 102° нейтр. см~2 упрочнение составляет Аств = 160 МПа и А0о,2 = = 120 МПа; при дозе 2 • 1020 нейтр. см~2 Аав = 50 МПа и Дст0,2 = = 100 МПа. Уменьшение интенсивности радиационного упрочнения— одна из особенностей дозовой зависимости прочностных свойств [3]. Для чистого железа эффект насыщения наблюдается при дозе 1019 нейтр. см"2, а для сплавов железа доза насыщения выше.

Рис. 1. Скоростные зависимости прочностных свойств основного металла в процессе облучения: 7 — необлученного; 2 —• флюенс 0,5 X X Ю20 нейтр, см""2; 3 — флюенс 2 • 1020 нейтр. см~2,

Рис. 2. Скоростные зависимости прочностных свойств металла сварного шва. Обозначения те же, что и на рис. 1.

основного металла проявляется в процессе облучения после радиа-ционно-термического старения до флюенса 0,5 • 10го нейтр. см"*2. При флюенсе 2 • 1020 нейтр. см~2 это явление в стали уже не проявляется, а в случае металла сварного шва несколько снижается, что проявляется в уменьшении наклона скоростной зависимости прочностных свойств. Таким образом, с увеличением времени предварительного радиационно-термического воздействия (дозы облучения при температуре испытания) упрочнение проявляется вследствие образования радиационных дефектов, без воздействия пластической деформации. Такое упрочнение сопровождается охрупчиванием материала.

Механические свойства предварительно облученного основного металла при скорости растяжения 3 мм/мин и температуре испытания 350 °С согласуются с соответствующими данными, полученными при испытаниях в процессе облучения, что свидетельствует о стабильности радиационных изменений, которые происходят в процессе облучения. Максимум в температурной зависимости прочностных свойств исходных образцов, проявляющийся при температуре испытаний 350 °С, с увеличением флюенса уменьшается (рис. 3) и почти полностью исчезает при флюенсе 2 • 1020 нейтр. см*2, что согласуется с переходом к обычной скоростной зависимости прочностных свойств при этом флюенсе.

Зависимости прочностных и пластических свойств металла швов, полученных при сварке многослойных соединений из стали 12ХГНМ указанными сочетаниями сварочных материалов от температуры испытаний, представлены на рис. 1.

5. Каковы температурные зависимости прочностных характеристик термопластичных и термореактивных полимеров?