Знакопеременного напряжения

что различие прочностных свойств металлов приводят к тому, что при использовании уравнений (2.108...2.110) кривые долговечности различных сталей должны пересекаться при определенной амплитуде деформаций (еа « 0,75%) и долговечности (N = 10000... 15000). Это позволяет, с одной стороны упрощать построения кривых усталости, а с другой - производить оценку целесообразности применения сталей с теми или иными механическими характеристиками. Естественно, что стали с высокими прочностными и более низкими пластическими свойствами теряют свои преимущества при работе в области высоких амплитуд деформации (при высоких уровнях концентрации напряжений). Уравнение Коффина-Мэнсона отражает кинетику накопления усталостной повреждаемости металла при симметричном (знакопеременном) жестком нагружении. В условиях мягкого симметричного (знакопеременного) нагружения кинетическое уравнение повреждаемости подобно по структуре уравнению при жестком нагружении:

3) аккумуляторы для знакопеременного нагружения; 4) управляемые насосные станции НУ-2,5; НУ-5; НУ-18; 5) насосные установки для перекачки масла; 6) пульты управления однокомплектными и двухкомплектными статическими, низкочастотными и среднечас-тотными циклическими нагру-жениями ПУ-1 и ПУ-2; 7) силовые каркасы четырех типоразмеров в двух исполнениях1 (каркасы проектируют и по-

98. Козенец В, В, К теории знакопеременного нагружения при переменных амплитудах напряжений,— Труды/РКИИГА, 1970, вып. 169.

Рис. 1. Диаграммы статистического распределения дислокяиий за никл знакопеременного нагружения

Нагрузка на образец передается от захвата, который крепится на столе 7 (см. рис. 1, б), перемещающемся по колоннам при помощи ходового винта на направляющих втулках с шариками. При рабочем ходе поступательное перемещение винта осуществляется с помощью червячного редуктора, расположенного в основании, и разрезной гайки, предназначенной для выбора люфта в соединении винт — гайка, что необходимо при осуществлении знакопеременного нагружения образца. Вращение червяку передается от коробки передач типа «Меандр», обеспечивающей соотношение чисел оборотов выходного вала 1:1; 1:10; 1:100; 1:1000; 1:10000. На коробке передач монтируется двухскоростной асинхронный электродвигатель привода. Сочетание двухскоростного двигателя и коробки передач типа «Меандр» позволяет получить весьма широкий диапазон скоростей нагружения — от 0,05 до 100 мм/мин. Циклическое нагружение (до 7 циклов в мин) обеспечивается за счет реверсирования привода электродвигателя.

Цель настоящей работы — детально изучить дислокационную структуру монокристаллов молибдена с осью [001] после знакопеременного нагружения с помощью высоковольтного электронного микроскопа.

Однако исследование дислокационной структуры и поверхностного рельефа усталостно нагруженных монокристаллов ОЦК металлов в ряде случаев не выявляет PSB. В монокристаллах молибдена при частоте знакопеременного нагружения 36 Гц усталостные трещины, возникающие в приповерхностных слоях, связаны с участками локального разогрева до температур более 500 К [7, 8]. В этих участках были обнаружены PSB и бездислокационные каналы [8]. Последние наблюдаются в кристаллах молибдена ориентировки (100) в приповерхностных слоях площадок {110} на площади, существенно превы-

Благоприятные условия для возникновения повреждения создает механизм Коттрела при напряжениях, превышающих верхний предел текучести. По-видимому, развитие повреждения с увеличением количества циклов нагру-жения опережает развитие процесса упрочнения ячеистой структуры и воздействие повреждения превышает влияние упрочнения. Этот процесс подтверждается и значительным гистерезисом, который наблюдается уже с самого начала знакопеременного нагружения на многоцикловом уровне.

Для отыскания зависимости а (е) при повторном знакопеременном нагружении воспользуемся принципом Г. Мази н г а [133]. Г. Мазинг высказал предположение, что кривая повторного знакопеременного нагружения совпадает с соответствующей кривой при начальном нагружении, построенной в осях с удвоенным масштабом и обратным направлением (рис. 41).

Низкочастотные диссипативные возбудители с гидравлическими командными устройствами выполняют для индивидуального возбуждения от автономного насоса, для группового питания нескольких цилиндров, в том числе и с заданными фазовыми соотношениями нагрузок. Гидравлическое управление позволяет доводить частоту пульсаций до 100—200 цикл/мин. Имеются устройства для знакопеременного нагружения.

Для знакопеременного нагружения

где а0 — коэффициент пропорциональности; К — постоянная, определяемая из уравнения движения дислокации под действием знакопеременного напряжения. Полученная зависимость соответствует экспериментальным результатам работы [21]. Уравнение (27) позволяет определить и влияние амплитуды А колебаний. В этом случае его можно записать как

где Q — ориентационный множитель, учитывающий, что приведенное напряжение сдвига в плоскостях скольжения меньше приложенного напряжения; aa — амплитуда; a, a i — некоторые постоянные для данного вида внешнего знакопеременного напряжения a(t); ai=T,/Q. Интегрируя уравнение (5) , получаем

Выражение (7) представляет простую аналитическую зависимость роста длины наибольшего сегмента дислокационной петли от времени воздействия знакопеременного напряжения без учета взаимодействия между точечными дефектами.

В данной модели предполагается, что до отрыва дислокационных петель от слабых точек закрепления движение всех ее сегментов происходит обратимо за каждый полупериод знакопеременного напряжения. Это возможно в том случае, если при движении дислокационные сегменты в первую четверть периода, соответствующего росту внешнего напряжения, не встречают на пути препятствий, которые могли бы закреплять их при обратном движении во вторую четверть периода, соответствующего уменьшению внешнего напряжения. При снятии внешней нагрузки дислокационные сегменты возвращаются в исходное положение. Последнее предположение не означает, что в плоскостях скольжения дислокаций отсутствуют препятствия, которые могут закреплять их при обратном

Таким образом, увеличение плотности дислокаций в общем случае может происходить не только в результате работы уже имеющихся A/LN потенциальных источников (Л — общая длина дислокаций в единице объема), но и вследствие образования новых. Предположим, что каждый источник в среднем генерирует одинаковое количество единичных дислокаций, пропорциональное амплитуде пластической деформации е"л или амплитуде аа знакопеременного напряжения [18]. Тогда на основании этих предположений приращение dU плотности единичных дислокаций за dN циклов нагружения в общем случае

Уравнения (2) и (3) дают зависимость между плотностью дислокаций U, амплитудой пластической деформации епл (напряжения аа) и числом циклов N нагруже-ния. Эти уравнения подобны уравнению (1) кинетики дислокаций для статического и квазистатического нагру-жений. Характерной особенностью кинетики размножения дислокаций при нарастающем квазистатическом на-гружении является то, что образовавшийся источник сразу начинает работать, а число действующих источников определяется величиной пластической деформации. При воздействии знакопеременных напряжений малой амплитуды на кристаллический материал, дислокации в котором закреплены точечными дефектами, работа источников становится возможной только после отрыва дислокаций от точечных дефектов. Отрыв дислокаций от точечных дефектов может быть достигнут сразу при приложении достаточно большого напряжения или после определенного числа циклов знакопеременного напряжения малой амплитуды. Предполагается, что после отрыва потенциальных дислокационных источников от точечных дефектов процесс образования новых источников и размножение дислокаций происходят так же, как и при квазистатическом нагружении.

? — время; f — частота циклического нагружения; Q — ориентационный множитель, учитывающий, что приведенное напряжение сдвига в плоскости скольжения меньше приложенного напряжения; ее и а; — некоторые постоянные для данного вида внешнего знакопеременного напряжения a(t); Oi—ti/Q, ft — эффективное напряжение трения в плоскости скольжения дислокации, обусловленное силами Пайерлса, упругими полями соседних дислокаций и другими дефектами кристаллической решетки; b — модуль вектора Бюргерса; G — модуль сдвига; k — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура; Dd — некоторое среднее значение коэффициента диффузии вдоль линии дислокации имеющихся точечных дефектов; fm — максимальная величина силы связи точечного дефекта с дислокацией; Lm — возможное максимальное значение наибольшего дислокационного сегмента 1т, принадлежащего дислокационной петле; 7т — среднее значение /т. Очевидно, что при t-*-oo выражения (11) — (14) дают

Предложена дислокационно-статистическая модель, в основу которой положено смещение точечных дефектов вдоль линии дислокации под действием внешнего знакопеременного напряжения. На основании этой модели получена аналитическая зависимость нестационарного амплитудно-зависимого декремента внутреннего трения. Показано, что эта зависимость согласуется с известными в литературе экспериментальными данными.

Характер связи знакопеременного напряжения при изгибе с декрементом колебаний не зависит от возмущающих усилий и от конструктивного оформления лопаточного аппарата.

Следует различать коррозионное растрескивание под напряжением, требующее растягивающего напряжения, и межкристал-литную коррозию, которая происходит и в отсутствии напряжения. Коррозионное растрескивание следует также отличать от разрушения в результате коррозионной усталости. Последний термин применим к растрескиванию металла, подвергающегося циклам повторного или знакопеременного напряжения в коррозионной среде.

рости распространения трещины dlldN (N — число циклов на-гружения). На рис. 6.18 показан излом нержавеющей стали 304, полученный при малоцикловой усталости под действием высокочастотного (30 цикл/мин) 'знакопеременного напряжения на воздухе при 649 °С. В этом случае полосчатость имеет такие же характерные признаки усталости, как и при комнатной температуре.