ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние условий нагружения на малоцикловую долговечность из "Циклическая и коррозионная прочность титановых сплавов " Циклическое упругопластическое деформирование приводит к накоплению пластических деформаций, зависящему от количества циклов нагружения и амплитуды деформации в каждом цикле. Это накопление может быть односторонним, монотонно нарастающим по мере увеличения количества циклов или не приводящим к однонаправленному росту деформаций. Характер протекания пластических деформаций зависит от условий передачи нагрузки на деформируемый элемент, жесткости сопрягаемых деталей, а также от свойств материала. Накопление деформации при упругопластиЧеском деформировании металлов с низкой частотой приводит к появлению трещин и, в конечном счете, к разрушению конструкций при малоцикловом (несколько сотен или тысяч циклов] и при многоцикловом (10 — 10 циклов) нагружении. Закономерности деформирования и разрушения металлов при малоцикловых и многоцикловых испытаниях имеют ряд различий. [c.86] В области упругопластического нагружения накопление и рост повреждений определяются развитием макроскопических пластических деформаций во всем объеме металла и прежде всего в его поверхностных слоях. Физический смысл накопления повреждений заключается -в достижении вполне определенной суммарной пластической деформации, предшествующей появлению трещин и характерной для каждого металлического материала. [c.86] Стрижало ( 21. частотную границу между малоцикловой и многоцикловой усталостью принимают равной 1 Гц, хотя, по-видимому, эта граница может быть существенно сдвинута в большую сторону в зависимости от условий испытаний. [c.87] Таким образом, после первых циклов знакопеременного упруго-пластического нагружения устанавливается предел текучести при сжатии и при растяжении которые существенно отличаются от исходного. [c.87] При повторном знакопеременном упругопластическом деформировании возникает петля упругопластического гистерезиса, изменение формы которой по мере увеличения количества циклов является определяющим в прогнозировании малоцикловой долговечности. Характер изменения диаграмм циклического деформирования (петель гистерезиса) зависит от условий нагружения, асимметрииНдикла и свойств материала. [c.87] При циклических испытаниях вид нагружения может быть жестким и мягким. Под жестким понимают такое нагружение, при котором в процессе испытаний амплитуда полной деформации сохраняется постоянной, а уровень напряжений — величина переменная, которая может изменяться от цикла к циклу. Под мягким нагружением понимают такой режим испытаний, при котором постоянной является амплитуда напряжений, а амплитуда деформаций может изменяться. [c.87] Изменение амплитуды напряжений при жестком нагружении, как и изменение амплитуды деформаций при мягком нагружении, в процессе циклических испытаний определяется свойствами материала. Для одних материалов (алюминиевые сплавы, титан и низкопрочные а-сплавы на его основе, некоторые конструкционные стали) ширина петли гистерезиса при мягком деформировании по мере нара--стания количества циклов уменьшается, а амплитуда напряжений при жестком нагружении увеличивается. Для этой группы материалов характерно повышение предела пропорциональности с увеличением количества циклов нагружения, в связи с чем такие материалы относят к группе циклически упрочняющихся. Для других материалов (например, теплостойкие стали, чугуны, высокопрочные титановые а и (а+ 0)-сплавы) наблюдается обратная картина при мягком нагружении ширина петли гистерезиса увеличивается, а при жестком нагружении амплитуда напряжения снижается. Сопротивление деформированию для этой группы материа-пов с увеличением количества циклов уменьшается, а вся группа материалов относится к типу циклически разупрочняющихся. И, наконец, ряд материалов (аустенитные стали, конструкционные стали средней прочности, некоторые титановые сплавы) не изменяют сопротивления деформированию при цикпическом нагружении, форма диаграмм деформирования остается практически неизменной, а сами материалы относятся к циклически стабильным. На рис. 47 приведен характер изменения диаграмм при жестком и мягком нагружении описанных групп материалов. [c.87] Поэтому при /7 = О в зонах концентрации напряжений устанавливается самостоятельный цикл упругопластического деформирования. По мере увеличения количества циклов в зависимости от свойств материала форма цикла может существенно изменяться вследствие изменения соотношения между упругими и пластическими долями деформации в общей деформации. [c.89] Разрушение деталей и конструкций при малом числе циклов нагружения связано, как правило, с наличием повторных пластических деформаций в зонах концентрации напряжений. Для оценки несущей способности таких деталей необходимо учитывать характеристики деформации и разрушения материала, а также влияние напряженного и деформированного состояния на малоцикловую долговечность. Так как в зонах концентрации напряжений относительно быстро устанавливается режим жесткого нагружения, особое значение приобретают исследования поведения при этом виде нагружения материала и изучение диаграмм его деформирования. [c.89] На рис. 50 показано изменение амплитуды напряжения в зависимости от относительной долговечности л/Л/ с учетом, что при разрушении л/(Л/ —1. Для всех исследованных сплавов данные получены при размахе пластических деформаций 1,4 %. Уменьшение величины амплитуды напряжений в I периоде характерно для всех сплавов и определяется влиянием эффекта Баушингера. Продолжительность I периода крайне невелика и составляет не более 0,1 от общей долговечности до разрушения. [c.91] Характер изменения амплитуды напряжений во II периоде зависит не только от уровня прочности сплава, но и от его структурного состояния. У сплава ВТ5-1, ВТ6С в мелко- и крупнозернистом состоянии во II периоде наблюдается стабильное уменьшение амплитуды напряжений. Для сплава ПТ-ЗВ в мелкозернистом состоянии во II периоде характерно небольшое упрочнение, сменяющееся стабилизацией амплитуды напряжений. В крупнозернистом состоянии у сплава ПТ-ЗВ II период отличается практической неизменностью амплитуды напряжений (циклически стабильный материал). У сплава ОТ-4У во II периоде наблюдается резко выраженное увеличение амплитуды напряжений (циклически упрочняющийся материал). Аналогичный характер изменения амплитуды напряжений во II периоде наблюдается и у других низкопрочных титановых сплавов (ВТ1, ПТ-7М и др.). Период III, как указано выше, связан с развитием магистральной трещины, и продолжительность его составляет около 0,1 —0,15 от общей долговечности до разрушения. Для оценки несущей способности образца наибольший интерес представляет суммарная долговечность в I и II периодах, т.е. долговечность до появления магистральной трещины. [c.91] На рис. 51 представлена зависимость Л /Л/р= f(NJN ) при различной долговечности при жестком цикле нагружения сплава ВТ6С. Как видно из рис. 51 все экспериментальные точки или совпадают с прямой, проходящей под углом 45 град к оси абсцисс, или лежат в области, соответствующей более раннему началу интенсивного снижения напряжения. Таким образом, момент наступления III периода бол е четко выявляется по изменению амплитуды напряжений,.чем по изменению амплитуды пластических деформаций в цикле. [c.92] На рис. 54 приведено поле разброса данных по долговечности сплавов ВТ6С в зависимости от амплитуды общей деформации Ае/2. Анализ результатов испытаний других титановых сплавов с однотипной структурой показал, что значения долговечностей достаточно хорошо ложатся в полосу разброса данных, приведенных на рис. 54. Это свидетельствует о том, что для изученных титановых сплавов с однотипной структурой существует единая кривая усталости при жестком нагружении. [c.94] Переход от жесткого к мягкому режиму нагружения вносит изменения в характер деформирования материала. При мягком нагружении, как и при ) естком, изменение характера деформирования можно разбить на три периода. В первом периоде протяженностью от единиц до нескольких десятков циклов происходит некоторое увеличение ширины петли пластической деформации, во втором периоде для циклически разупрочняющихся материалов ее размах непрерывно возрастает. Для циклически упрочняющихся материалов ширина петли сокращается, а для циклически стабильных материалов она постоянна. В третьем периоде для всех материалов характерно увеличение ширины петли пластической деформации. Несущая способность определяется в основном длительностью первого и второго периодов, которые занимают более 0,9 от общей долговечности. [c.94] В отличие от жесткости режима деформирования при мягком нагружении значительную роль приобретает одностороннее накопление пластических деформаций, вызванное так называемым 80 эффектом. Под 80 эффектом понимается различное поведение материала при растяжении и сжатии. Это различие состоит в том, что при деформировании материала сжатием требуются, как правило, более высокие напряжения, чем при деформировании растяжением. Количественно 80 эффект определяется по кривым а—6 при испытании на растяжение и сжатие и выражается в виде 0= а — Ор, где и Ор — соответственно напряжения течения при сжатии и растяжении образца при одной и той же величине деформации . [c.94] Величина 80 эффекта может зависеть и не зависеть от степени деформации. Истинный 80 эс фект не зависит от деформации. Наблюдаемый 80 эффект используется с учетом уменьшения 80 с ростом деформации. У многих сталей 80 эффект не зависит от деформации [ 74, 75]. Как правило, он составляет 3 — 10 % от уровня напряжений при растяжений и зависит от температуры испытаний, структурного состояния и степени ле-гироеанности. В сталях со структурой сорбита с Оо,2 = 600- -700 МПа при 20°С 80 эффект слабо выражен. По мере возрастания прочности увеличивается и 80 эффект, особенно при переходе к структуре нижнего бейнита. [c.94] У титановых сплавов 80 эффект зависит от структурного состояния и степени их легированности. У чистого титана и его а-сплавов с 0о,2 600. МПа 80 эффект слабо выражен и определяется в основном степенью текстурированности материала. У / -сплавов титана 50 эффект также невелик. У высокопрочных а-сплавов и двухфазных сплавов титана 80 эффект достигает 100—150 МПа, что составляет 8—12 % от Оо,2-Максимальный 80 эффект наблюдается у высокопрочных сплавов со структурой а -фазы [ 76]. [c.95] При знакопеременном нагружении, например при симметричном мягком цикле нагружения, в результате 80 эффекта накопление пластических деформаций может носить односторонний характер. Этот же фактор может оказывать влияние и при асимметричном нагружении. [c.95] Таким образом, при мягком нагружении разрушение определяется и уровнем петельных деформаций, и величиной односторонне накопленных деформаций. [c.95] Вернуться к основной статье