ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Малоцикловая усталость из "Диагностика металлов " Согласно ГОСТ 25859-83 [146], в нормах и методах расчета сосудов и стальных аппаратов на прочность при малоцикловых нагрузках к режиму малоциклового нагружения относятся нагрузки с размахом колебаний 15% для углеродистых и низколегированных сталей и 25% для аустенитных сталей от допускаемого значения, установленного при расчете на статическую прочность, при числе главных циклов нагружения сосуда от давления, стесненности температурных деформаций и др. от 10 до 5x10 за все время эксплуатации. Подобные критерии отнесения к циклическим нагрузкам применимы и к другим элементам конструкций. [c.227] В зависимости от исходной структуры и условий испытания сопротивление циклическому деформированию материалов с ростом числа циклов может возрастать (циклическое упрочнение), снижаться (циклическое разупрочнение) или оставаться постоянным (циклическая стабильность). Графическое представление поведения упрочняющихся и разупрочняющихся материалов представлено на рис. 5.13. [c.228] Испытания выполнены в условиях постоянной амплитуды упругопластической деформации. Напряжение а , при котором петля механического гистерезиса после определенного числа циклов становится стабильной, называют напряжением насыщения. [c.229] Циклическое упрочнение свойственно пластичным металлам и сплавам, таким как железо, низкоуглеродистые стали, нержавеющие стали, медь, никель. Циклическое разупрочнение, как правило, свойственно высокопрочным и предварительно упрочненным материалам. [c.229] Феноменологически склонность материала к упрочнению и разупрочнению тесно связана с отношением Материалы с 1,2 склонны при циклическом де( )ормировании к разупрочнению, а с oJOqz 1,4 - к упрочнению. Материалы с 1,2 а /Оо.г могут либо упрочняться, либо разупрочняться. Особый интерес представляет установление связи разупрочнения материалов в процессе циклического нагружения с изменением структуры [29, 149]. [c.229] Устойчивые полосы скольжения (область-А на рис. 5.16), не содержащие частиц карбидов цементитного типа Feg , обнаружены в малоуглеродистой (0,021% С) стали, закаленной от 710 С в соленой воде [155]. Квазиоднородное распределение выделений частиц цементита сохраняется в области С. В области В отмечено существенное возрастание плотности распределения частиц Feg . Образование их при амплитуде пластической деформации АЕр = 0,003 отмечено в диапазоне 60-90 С. [c.231] Четыре первых механизма разупрочнения можно классифицировать как разновидности структурного механизма разупрочнения, поскольку все они предполагают изменение структуры, ее однородности в отношении распределения частиц второй фазы. Структурное разупрочнение наблюдается в сплавах с когерентными и некогерентными, упорядоченными и неупорядоченными частицами выделений. Действуют несколько различных механизмов структурного разупрочнения и развития повреждаемости. Устойчивые полосы скольжения, в пределах которых отсутствуют (и исчезают) дисперсные выделения, возникают в А1-, Ni-сплавах, углеродистых и легированных сталях. Конкретный механизм разупрочнения зависит от нескольких факторов структуры, морфологии, размера и распределения частиц дисперсной фазы, а также режима (в том числе температуры) испытаний. Одним из основных факторов, определяющих характер повреждаемости и разупрочнения, следует признать амплитуду напряжения (деформации). С этим связаны, казалось бы, противоречивые данные о склонности к разупрочнению некогерентных и неупорядоченных частиц дисперсной фазы. При достаточно большой продолжительности нагружения ( 10 -10 циклов) повреждаемость (многоцикловая усталость) возникает в сталях, содержаш их крупные 1 мкм некогерентные частицы карбидов (Fe, Сг)дС, как например, в Сг-стали в условиях контактной усталости [157]. [c.232] Рассмотренные структурные и субструктурные изменения в по-ликристаллическом материале обусловливают циклическое разупрочнение и зарождение усталостных трещин размером порядка зерна. Микротрещины появляются в местах выхода устойчивых полос скольжения на поверхность - впадинах (интрузиях) и выступах (экструзиях) металла в зависимости от направления скольжения (рис. 5.19). [c.234] В общем случае в сталях могут реализоваться оба вида циклического разупрочнения структурный и субструктурный. При жесткой схеме нагружения, когда происходит челночное (в пределах полос скольжения) перемещение дислокаций, ограничить которое не в состоянии динамическое деформационное старение, достигается наибольшая степень разупрочнения материала. Особо сложной картины развития структурной неоднородности в сталях следует ожидать при повышенной температуре эксплуатации. С одной стороны, повышение температуры обусловливает увеличение подвижности дислокаций (склонности их к поперечному скольжению), что служит предпосылкой формирования усталостных полос скольжения. Кроме того, возрастает скорость диффузионных процессов, способствуя коагуляции частиц дисперсной фазы. С другой стороны, возрастает интенсивность деформационно1 о старения (в том числе, от вклада атомов углерода, возникших при разрушении или другими словами растворении карбидной фазы), обусловливая повышение сопротивления деформированию. [c.235] Типичным примером работы конструкции в условиях малоцикловой усталости выступают стальные вертикальные резервуары для хранения жидкостей. Технология изготовления резервуаров (полистовая и особенно рулонная) допускает определенное несовершенство геометрической формы их стенок (в местах стыка листов). Так, согласно ПБ 03-381-00 [93] для вертикальных резервуаров, предназначенных для хранения нефти и нефтепродуктов, допустима угловатость вертикальных сварных стыков до 3°. При наполнении резервуара частичное выпрямление стенок резервуара под действием гидростатического давления продукта вызывает изгиб крайних волокон. Эти дополнительные напряжения, складываясь с кольцевыми, существенно повышают уровень эквивалентных напряжений. [c.235] 12 подробно описан вклад механизма усталости в развитие трещинообразования в стенке сварного вертикального резервуара объемом 50 ООО м . [c.235] Диагностируются зоны развития малоцикловой усталости в конструкции с помощью переносных твердомеров. Для материалов. [c.235] Более подробно о строении устойчивых полос скольжения см. п. 5.2.2. [c.236] Значительная часть конструкций (их элементов) эксплуатируется при повышенных (80-б00°С) температурах. Диагностирование технического состояния и определение остаточного ресурса таких конструкций настоятельно требует учета особенностей физико-механических процессов накопления и разрушения при повышенных температурах эксплуатации. Обстоятельные исследования по этому вопросу представлены в [160]. [c.236] Поскольку испытания проведены на сталях трех категорий прочности, то правомерно ожидать, что свойства сталей, близких к исследованным, будут изменяться аналогично. Причины обнаруженных различий следует искать в изменениях структуры сталей. [c.237] Сталь , МПа, N - число циклов t, °С р, см Размер ячеек (субзерен), мкм Угол разоринтации ячеек, гряд. [c.238] Аналогично изменяется структура стали 16Г2АФ (см. табл. 5.2). Средний размер ячеек достигает 1,5-5 мкм, угол разориентировки 3-5°. Такая субструктура свидетельствует об упрочнении материала, которое не в состоянии предотвратить разупрочнение при повышении температуры нагружения. [c.239] Вернуться к основной статье