ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Частота нагружения, влажность и температура из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Охрупчивание материала при возрастании частоты нагружения может возникнуть в условиях эксплуатации, например, применительно к лопаткам компрессора высоких ступеней газотурбинного двигателя. В условиях вынужденных колебаний от газодинамического потока имеющие место повреждения лопатки создают предпосылки возникновения резонансных явлений, когда при высоком уровне частоты нагружения в несколько тысяч герц могут иметь место возрастающие по уровню нафузки от резонанса. Однако следует оговориться, что возрастание частоты нагружения, особенно при резонансе, сопровождается снижением амплитуды колебаний. Поэтому с возрастанием частоты нагружения трещина может распространиться на все сечение детали только в припороговой области ее скоростей. [c.342] Применительно к титановым сплавам, для которых весьма актуально рассмотрение влияния частоты нагружения и температуры на скорость роста трещины, необходимо иметь в виду две ситуации. Первая ситуация связана с отсутствием чувствительности материала к условиям его нагружения при снижении частоты нагружения и введении выдержки под нагрузкой вторая — с существованием такого влияния, что наиболее важно для оценки поведения титановых сплавов в условиях эксплуатации. Эта вторая ситуация неотделима от формы цикла и состояния материала, поэтому этот вид разрушения титановых сплавов целиком рассмотрен в следующем параграфе. В этом параграфе представлены результаты исследований поведения сплавов при разных частотах нагружения и температуре испытания. [c.342] Для коррозионностойкой стали 403 смену механизма разрушения с охрупчиванием материала наблюдали при испытаниях с частотой 14 кГц [2]. Усталостные бороздки не формировались, а параметр рельефа излома в виде шага псевдобороздок со средней величиной 6,7 10 мм превосходил величину прироста трещины за цикл нагружения в десятки раз. [c.342] Применительно к стали 00Х12НЗД возрастание частоты нагружения с 1,7 до 33,3 Гц приводило к снижению скорости роста трещины в 1,6 раза [3]. [c.342] Исследования алюминиевых сплавов АК4-1Т2 и 120Т1 в диапазоне частот нагружения 0,17-25 Гц показали небольшое влияние частоты нагружения на скорость роста трещин [5]. Рассмотренный диапазон частотного спектра является характерным для нагрузок, действующих в силовых элементах конструкции крыла и планера самолета. С целью оценки значимости выявленных отличий в характеристиках, используемых в описании роста усталостной трещины при разных частотах нагружения, были использованы статистические методы в исследованном диапазоне КИН 9,5-21,5 МПа-м / . С возрастанием частоты нагружения от 0,17 до 5 Гц ее влияние на скорость роста трещины не выявлено. Дальнейшее возрастание частоты нагружения приводит к снижению скорости роста трещины. [c.343] Аналогичные испытания были проведены на титановом сплаве ВТЗ-1 с двухфазовой пластинчатой структурой и на алюминиевом сплаве Д1Т при двух указанных частотах нагружения. В испытаниях не было выявлено различий в поведении материала в исследованном диапазоне скоростей изменения циклической нагрузки. Испытания проводили путем фиксирования положения фронта трещины при снижении уровня максимального напряжения для скорости вращения образца 980 об/мин и путем регулярного изменения уровня напряжения через каждые 25 циклов нагружения (рис. 7.2). Во всех случаях число сформированных усталостных бороздок соответствовало числу циклов приложепия нагрузки. [c.343] Применительно к авиационным конструкциям, которые работают в условиях постоянной смены температурных диапазонов на разных режимах полета ВС, приводящих к конденсации паров жидкости, влияние влажности воздуха на скорость роста трещины при разном частотном составе внешних нагрузок оказывается значимым дополнительным фактором увеличения скорости роста усталостных трещин. В первую очередь это относится к алюминиевым конструкциям ВС. [c.345] Поправочная функция F(Pq соу) включает в себя константы материала и параметры среды, а скорость da/dN) f отвечает условиям насыщения, когда происходит выход на горизонтальную площадку скорости при изменении давления паров жидкости (см. рис. 7.2). [c.346] В условиях нагружения стали марейнджинг [И] скорость роста трещины нарастала, поэтому формирующиеся окислы не вызывали задержки трещины. Наблюдаемое окисление излома и появление межзеренного проскальзывания трещины при снижении асимметрии цикла и возрастании частоты нагружения указывает на возрастание влияния окислительных процессов на скорость роста трещины. Тем не менее при прочих равных условиях нагружения скорость роста трещины была ниже при возрастании частоты нагружения. [c.347] Влияние окружающей среды характеризует произведение k fPo — константы, определяющей скорость реакции материала на воздействие окружающей среды, и давление газа соответственно. Частота в уравнении (7.6) входит в явном виде, поэтому величина скорости (da/dN) f соответствует наиболее заметному влиянию частоты нагружения на скорость роста трещины в изучаемом диапазоне параметров воздействия. [c.347] Возрастание температуры при нейтральном составе окружающей среды или при ее стандартном состоянии активизирует еще один процесс разрушения, связанный с ползучестью материала путем потери им межзеренной прочности при снижении частоты нагружения (см. главу 2). [c.347] С возрастанием асимметрии цикла до R = 0,8, что аналогично снижению размаха КИН, происходило снижение пороговой величины (da/dN) до 10 м/цикл для сплава СМ. Влияние асимметрии цикла нагружения на рост трещин описывалось полиномом второй степени от R. [c.350] Представленное соотношение указывает на то, что формальная запись (7.1) не может быть использована для порошковых материалов. [c.350] Показатель степени при КИН указывает на развитие трещины с таким высоким ускорением, что различия в частоте нагружения не оказывают заметного влияния на процесс разрущения. Из этого факта можно заключить, что имеет место некоторое пороговое ускорение роста трещины, при достижении которого частота нагружения перестает влиять на процесс разрушения материала у кончика трещины. В припороговой области нагружения имеет место такое ускорение в развитии усталостных трещин. Исследования стали 1Сг-1Мо-0,25V и нержавеющей стали с содержанием Сг — 12 % были выполнены при температуре окружающей среды в припороговой области скоростей на компактных образцах толщиной 10 и шириной 50 мм [29]. [c.351] Пороговая частота нагружения (со/)р, при которой происходит переход от внутризеренного к межзеренному разрушению сплава, зависит от температуры окружающей среды. Испытания высокопрочной стали HS 188 показали, что при температуре 600 °С и частоте 0,1 Гц переход от внутри- к межзеренному разрушению происходит в области скоростей более 10 м/цикл, тогда как при частоте 1 Гц и температуре 850 °С этот переход происходил в области скоростей роста трещины более 10 м/цикл [30]. Снижение частоты нагружения сопровождалось переходом к межзеренному разрушению в области меньших температур при достижении меньшей скорости роста трещины. В области внутризеренного разрушения имели место эквидистантно расположенные кинетические кривые для разных частот и температур испьггания. [c.351] Рт- и т] — некоторые константы для исследуемого сплава. Эти константы были определены экспериментально для жаропрочных сплавов Pj- = 6 10 , ц = 0,33 (In-100) и рг= 1,76-10- т) = 0,145 (Waspaloy), а для нержавеющей стали — Рт- = 9,5 10 , т) = 0,21. [c.351] Начальные условия для жаропрочных сплавов соответствовали (соу)о = 0,167 Гц, Tq = 293К, а для нержавеющей стали (ю/)о = 0,067 Гц и Tq = 811К. В исследованном диапазоне температур и частот нагружения все кинетические кривые смещались эквидистантно относительно друг друга без использования поправки (7.12) и описывались еди-ной кинетической кривой при введении указанной поправки. [c.352] Зависимость роста трещин от температуры и скорости нагружения была проанализирована применительно к нержавеющей стали типа 316 относительно стандартных условий воздействия окружающей среды [34]. Последовательное эквидистантное смешение кинетических кривых наблюдали при изменении температуры в интервале от 25 до 593 С и от 0,17 до 20 Гц. Эксперименты были проведены в широком диапазоне изменения скоростей роста трещины от 4-10 до 8-10 м/цикл, отвечающих первой и второй стадии разрушения. На воздухе скорость роста трещины возрастала из-за влияния окислительных процессов у кончика трещины в связи с указанным выше эффектом воздействия паров жидкости, присутствующих в воздушной среде. [c.352] Высокочастотное нагружение сталей не изменяет выявленной закономерности возрастания скорости роста трещин с возрастанием температуры испытания [35]. Испытания двух марок сталей 0,07 %С-0,07 %Сг-0,27Мп и 0,14 %С-2,26 %Сг-0,58 %Мп-0,93 %Мо при частоте 22 кГц в диапазоне температур от 20 до 500 °С показали следующее. В интервале скоростей от 3-10 до 3-10 м/цикл кинетические кривые смещаются практически эквидистантно, что выражено в монотонном возрастании коэффициента пропорциональности Ср при возрастании температуры, а показатель степени в формуле Париса гПр либо слабо изменялся, либо изменялся немонотонно, оставаясь в среднем равным около 4 (рис. 7.10). [c.352] Вернуться к основной статье