ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кинетическая диаграмма усталостного разрушения из "Диагностика металлов " НИКИ разрушения. В основе этого подхода положена связь скорости роста усталостной трещины da/dN в условиях одноосного растяжения с максимальным коэффициентом интенсивности напряжений Аналогичным образом связывают da/dN с размахом (амплитудой) коэффициента интенсивности напряжений АК. [c.247] При испытании на усталость широкой пластины, содержащей центральную сквозную трещину длиной 2а или боковую трещину длиной а, соотношение между размахом приложенных напряжений Ла и величиной АК определяется выражением ДК Aa fIШ. [c.247] В рамках подобного подхода развитие усталостных трещин представляется в виде кинетических диаграмм усталостного разрушения, изображающих зависимость скорости роста трещины от наибольшего коэффициента интенсивности напряжений iifj или его размаха (амплитуды) АК при постоянном коэффициенте асимметрии цикла нагружения i (рис. 5.31). [c.247] Полные кинетические диаграммы усталостного разрушения заключены между пороговым коэффициентом интенсивности напряжений ниже которого трещина не растет (растет с бесконечно малой скоростью), и критическим циклической вязкостью разрушения), при достижении которого наступает долом образца. Обычно средний участок начинается при скорости, близкой к 5 нм/цикл, а оканчивается примерно при 1 мкм/цикл. Часто и АК определяют из условия, что скорость роста трещины составляет 1 нм/цикл. [c.247] Если по оси абсцисс отложено АК, то асимметрия цикла нагружения обычно мало сказывается на среднем участке, однако сильно влияет на нижний участок. Верхний участок, где пластические деформации около вершины трещины максимальны, наиболее чувствителен к геометрическим размерам образца, особенно к толщине, но благодаря высоким скоростям роста трещины наименее подвержен влиянию среды. [c.247] В общем случае на кинетической диаграмме усталостного разрушения выделяют три участка (см. рис. 5.31). В стадии стабильного роста трещины II различают подстадии Па, Пб и Пв (см. рис. 5.28). Подстадия Пб совпадает с участком Пб на кинетической диаграмме усталостного разрушения, где применимо уравнение Пэриса. [c.248] В интервале da/dN = 2 (10 10 ) мм/цикл связь da/dN с ЛЯ для обеих сталей с феррито-перлитной структурой описывается соотношением (5.4) (рис. 5.32). Применимость этого соотношения подтверждается для исследуемых сталей при 0,11 0,50. Значения п в соотношении Пэриса для сталей 10ХСНД и 09Г2С колеблются в узком интервале от 3,02 до 3,3. [c.248] В стали 12ГН2МФАЮ при АК 36 МПа Ум в изломе присутствуют фасетки межзеренного разрушения. При АК = 36 МПа л/м доля фасеток = 20%. При АК 47 МПа Vm усталостные трещины распространяются по механизму не только образования усталостных бороздок, но и зарождения, роста и коалесценции пор. Наличие развитых зон пластической деформации в пределах участка Пв на кинетической диаграмме усталостного разрушения обусловливает влияние неметаллических включений на фрактографические особенности разрушения конструкционных сталей. [c.250] Наличие в структуре стали повышенного количества MnS, инициирующих пластическую пору вокруг сульфидов, обусловливает увеличение в усталостной зоне доли ямочной составляющей. Если размер пластической зоны у вершины трещины 2Гр Л - среднего пространственного расстояния между неметаллическими включениями, то, сульфидов не влияет на Д. Согласно проведенным оценкам, Л = 32 и 24 мкм для плавок Б и В соответственно. Согласно [163], 2гр 32 и 24 мкм для плавок Б и В соответственно при 0,8 мм, что способствует независимости А при 1 мм от содержания сульфидов в стали 08Г2ФБ. При дальнейшем распространении усталостной трещины (а 1 мкм), когда 2гр Л , дополнительное введение сульфидов, увеличивая 2Гр, вызывает повышение А. [c.251] Имеются сведения об изменении значения п в выражении (5.4) от 2 до 6. При условии, что рост усталостных трещин происходит только по механизму образования бороздок, величина п в выражении Пэриса варьируется слабо - от 2 до 4 [29], Такая ситуация выявляется в сталях с феррито-перлитной, ферритной, мартенситной и бейнитной структурами, Подобный характер влияния структуры на da/dN на стадии И предполагает действие фактора, устраняющего влияние структуры. [c.252] Таким фактором является интенсивная пластическая деформация у вершины трещины, где, в том числе в условиях плоской деформации, развивается ячеистая или субзереная структура [29, 163]. Образование подобной структуры у вершины усталостной трещины - процесс в достаточной степени общий для многих материалов особенно с высокой энергией дефектов упаковки [29]. [c.253] На рис. 5.37 представлено изменение плотности дислокаций р и размера дислокационных ячеек в отожженном Fe в зависимости от расстояния до вершины усталостной трещины. Испытания на усталость выполнены в условиях повторного растяжения = 0- 10 МПа). У вершины трещины на расстоянии = 10-20 мкм р повышается по сравнению с основным металлом в пять-шесть раз. Размер ячеек на удалении от вершины трещины (вдоль направления роста трещины) = 7-10 мкм уменьшается в 4,5 раза по сравнению с основным металлом. При Од = 205-210 МПа и N = (5-6,3) 10 циклов в основном металле вне зоны влияния трещины образуются сгущения дислокаций (см. рис. 5.38, а). [c.253] В пластической зоне у вершины трещины формируется ячеистая субструктура (рис. 5.38, б). При экстраполяции кривой зависимости = f(l) к значениям 1 = 0,5-1,0 мкм возможно = 0,15 0,25 мкм. Тогда диаметр ячеек у вершины треш ины будет составлять = 0,24-ь 0,40 мкм. В этом случае единичный скачок усталостной трещины в зоне стабильного роста усталостной трещины тесно связан с вторичной субструктуры у вершины трещины. Стабильный рост трещины с минимальной скоростью сохраняется до тех пор, пока величина микроскачка трещины близка или равна D вторичной субструктуры, образующейся в пластической зоне у вершины трещины. Этим объясняется наличие довольно широкого интервала значений АК, в котором А = onst. Несовпадение значений da/dN и А в этом интервале АК связано с формированием в течение нескольких циклов нагружения в пластической зоне при данных значениях ячеек (субзерен) с критической разориентацией смежных ячеек [165]. [c.254] Поскольку во многих особенно пластичных, металлах минимальные размеры субзерен близки, то естественно совпадение величин скачков трещин на стадии стабильного роста усталостной трещины в области Пб (рис. 5.32 и 5.34) диаграммы усталостного разрушения. Постоянство значений А или их слабая зависимость от АК обусловлены тем, что в тех участках фронта трещины, где реализуется механизм образования усталостных бороздок, величина скачка трещины контролируется 2) вторичной субструктуры у вершины трещины. [c.254] Несовпадение значений da/dN с А обусловлено тем, что при AJf, соответствующих области II на кинетической диаграмме усталостного разрушения, скачок трещины происходит не за каждый цикл и обусловлен вкладом других механизмов роста трещины межкристаллит-ным разрушением и кристаллографическим сдвигом. В случае, когда рост усталостной трещины происходит по образцу, в котором на предшествующих стадиях возникла развитая субструктура, в том числе полосовая дислокационная структура, А определяется расстоянием между стенками дислокационной структуры [166]. Согласно [167], минимальное расстояние между стенками в Fe не зависит от амплитуды циклического нагружения и составляет 0,3-0,4 мкм. Эти значения близки к значениям А, часто выявляемым в зоне стабильного роста трещины. К такому же выводу о совпадении значений Д с расстоянием между дислокационными стенками полосовой структуры пришли и авторы [168]. [c.255] В соответствии с технологией, применяемой на Бакинском заводе стационарных глубоководных оснований, сварку наиболее нагруженных элементов трубчатых узлов проводили врзгчную. При этом для стали 12ХГДАФ применяли электроды марки ОЗС-18. Режим отпуска нагрев от 300 до 600°С со скоростью 110°С/ч, 2-ч выдержка в печи при 600 20°С, затем охлаждение до 300°С со скоростью 110°С/ч, далее - на воздухе. [c.255] Скорость роста усталостных трещин исследовали при внецент-ренном растяжении плоских компактных образцов, вырезанных из стыковых сварных соединений толщиной 50 мм, прошедших и непрошедших отпуск по указанному режиму. Односторонний боковой надрез в образце, от которого инициировалась усталостная трещина, наносили в основном металле, металле шва или околошовной зоне (по границе шва с основным металлом), выявляемых травлением. Испытытывали образцы при коэффициенте асимметрии цикла Л == 0,1 и частоте нагружения / = 10 Гц. [c.255] Вернуться к основной статье