ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние температуры на малоцикловую прочность титановых сплавов из "Циклическая и коррозионная прочность титановых сплавов " Все реальные детали имеют концентраторы напряжений, которыми могут быть случайные дефекты на поверхности металла (глубокие риски, следы от удара зубилом, кернение ударными клеймами и др.), а также концентраторы, определяемые конфигурацией детали или узлы (галтели, выточки, отверстия, переходы от одного сечения к другому и пр.). Вследствие этого чувствительность материала к концентраторам напряжений является одной из его важнейших характеристик, знать которую особенно необходимо при малоцикловом нагружении. При радиусе надреза г=0,1 мм и отношении У/0 ( У—диаметр у вершины надреза, D —диаметр образца вне надреза) круглых образцов, равном 0,707, растяжение до уровня предела текучести вызывает деформацию в вершине надреза более 3 %, а пластическая деформация захватывает области, отстоящие от концентратора на 0,5—1,0 мм. [c.99] При разгрузке образца возникает значительная область, в которой возникают напряжения сжатия, превосходящие предел текучести материала. [c.99] Оу = 5 перестает влиять на Л/ р. Это соответствует для испытанных образцов концентратору напряжений с радиусом надреза г= 0,1 мм. Причиной отсутствия влияния концентрации напряжений на Л/ р при а 5 является то, что величина концентрации деформации в вершине надреза в этих случаях не изменяется. Изменение величины зерна и вн /тризеренной структуры мало сказывается на величине Л/ р. [c.100] Мало зависит от общей пластичности металла. На рис. 62 показано изменение относительного сужения )// в предельно остром надрезе образцов трех сплавов. Следует отметить, что кривые предельной пластичности надрезанных образцов при разрушающем числе циклов более 10 сходятся к примерно одинаковому значению пластичности в надрезе, равному 1 %. Скорость распространения трещины при малоцикловых испытаниях зависит не только от уровня интенсивности напряжений в вершине трещины, но и от прочности и фазового состава сплавов. [c.103] Повышение прочности титановых сплавов не только не увеличивает, но в ряде случаев и уменьшает величину интенсивности напряжений, соответствующую малой скорости развития разрушения (1 мм/цикл). Особенно низкой сопротивляемостью развитию разрушения обладают /3-сплавы в термически упрочненном состоянии. [c.104] Приведенные данные показывают, что использование высокопрочных сплавов (аз 980 МПа) для деталей, имеющих концентраторы напряжений, может в ряде случаев снизить их малоцикловую прочность и несущую способность. [c.104] В определенном диапазоне долговечностей зти критерии достаточно хорошо коррелируются с результатами испытаний конструкций. [c.104] Понижение температуры в климатической и криогенной областях приводит, как правило, к повышению статической и циклической прочности при сохранении достаточно высокого уровня пластичности в широком диапазоне долговечности до разрушения сплава. [c.104] В табл. 16 приведены обобщенные результаты циклических испытаний при жестком симметричном нагружении технически чистого титана и сплава ПТ-ЗВ при 20°С. Сравнение циклической долговечности обоих сплавов в области малых улругопластических деформаций показывает, что и при 20 С у сплава ВТ1-0 с более низким сопротивлением ползучести долговечность оказывается ниже, чем у сплава ПТ-ЗВ с большим сопротивлением ползучести, несмотря на значительно более высокую предельную пластичность первого. Таким образом, имеющиеся в настоящее время различные уравнения расчета циклической долговечности материалов носят ограниченный характер и применять их для титановых сплавов с низким сопротивлением ползучести нужно с большой осторожностью. [c.107] Подтверждением этого положения служит следующий факт. Если повысить частоту нагружения с 1 до 100 цикл/мин, различие в долговечности сплавов почти исчезает. [c.107] Вместе с тем снижение частоты нагружения до 0,1 цикл/мин усиливает разницу в долговечности. С этим нельзя не считаться при определении безопасного ресурса эксплуатации сплавов. [c.107] Сохранение высокого уровня относительного удлинения при значительном снижении относительного сужения свидетельствует о том, что с понижением температуры испытания увеличивается доля равномерной деформации при одновременном повышении чувствительности материзг ла к дефектам. [c.110] Как видно из табл. 17, у всех исследованных сплавов наблюдается существенное повышение статической и циклической прочности при понижении температуры испытания. Пластичность сплавов, особенно предельная, с понижением температуры снижается. Темп снижения предельной пластичности наиболее существен при температуре ниже— 196°С. По характеру деформирования o6лa tь криогенных температур можно условно разделить на две (—196) -5-20°С и ниже — 196°С. [c.111] В области ниже —196 С дислокационный характер деформации постепенно вырождается и при температуре —269°С накопление деформации при циклическом нагружении происходит только за счет прерывистой текучести в локальных объемах. Прерывистая текучесть имеет дискретный характер и связана с адиабатическим деформационным двойникова-нием, в соответствии с которым всплески деформации сопровождаются резким повышением температуры в локальных объемах. На рис. 67 приведены экспериментальные данные, показывающие взаимосвязь деформационных и температурных всплесков при растяжении сплава АТ2 при —269°С, полученные с использованием полупроводникового германиевого датчика. [c.112] При повышении температуры в локальном объеме предел текучести в нем уменьшается, в результате чего материал начинает быстро деформироваться за время до 1(Г с. Всплески деформации сопровождаются резким снижением напряжений, процесс деформации прекращается, температура понижается до исходной, напряжения возрастают и акты прерывистой текучести могут повторяться в соседних микрообъемах. В процессе статического нагружения каждый последующий всплеск деформации происходит при больших напряжениях, чем предыдущий, и по другим плоскостям (рис. 68). Число всплесков деформации зависит от типа сплава, его структуры и прочности. Чем прочнее материал, тем меньшее число актов прерывистой текучести появляется до разрушения образца. [c.112] Разрушение при температуре жидкого гелия происходит всегда в результате образования и развития усталостной трещины во всем возможном диапазоне напряжений. Усталостные трещины зарождаются, как правило, в полосах сдвига, появляющихся при прерывистом течении материала в первых циклах нагружения и развиваются по телу зерен. Окончательное разрушение происходит, как и при однократном нагружении, сколом под углом 45 град к оси образца. [c.113] Для исключения вероятности появления хрупких разрушений при циклическом нагружении деталей, эксплудтируемых при температуре жидкого гелия, номинальные напряжения должны быть существенно ниже напряжений, при которых появляются первые всплески деформации при статическом нагружении. По этой же причине необходимо устранять на деталях концентраторы напряжений или учитывать их при назначении допустимого уровня номинальных напряжений. [c.113] Процесс накапливания микро- и макропластических деформаций в ходе малоциклового нагружения, а также соотношение между скоростью накапливания деформаций и развитием усталостных повреждений зависят от большого количества факторов, связанных с условиями нагружения и с состоянием металла. [c.113] Выше было рассмотрено влияние концентраторов напряжений на усталость сплавов при малоцикловом нагружении. Однако малоцикловая долговечность зависит не только от наличия концентраторов напряжений в значительно большей степени она изменяется в результате совместного влияния коррозионной среды, условий нагружения, состояния металла, концентрации напряжений, внешней поляризации и пр. Действие этих факторов на долговечность сплавов может проявляться по-разному в зависимости от их химического состава, структурного состояния, а также состояния поверхностных слоев металла. Циклическое нагружение в коррозионной среде при большой общности с процессами коррозионного растрескивания имеет свою специфику. [c.113] Вернуться к основной статье