Усталость высокотемпературная деформация

Конечно, приведенные выше результаты характерны для высокотемпературной деформации поликристаллов, поскольку комнатная температура для свинца составляет примерно 0,5 Тпл- Однако анализ низкотемпературной усталости позволяет предполагать, что и она связана с поворотными модами деформации. Только в последнем случае сильная локализация деформации в отдельных зернах формирует кристаллографические вихри в конгломерате зерен. Подобные повороты на высоком структурном уровне естественно сопровождаются зарождением трещин и усталостным разрушением. [c.57]

Для анализа условий малоциклового разрушения конструктивного элемента используют кривые усталости е МЛ, приведенные на рис. 3.17. С учетом кривых 2 и 4 (см. рис. 3.13) данные испытаний на малоцикловую усталость (точки о и V на рис. 3.17) для разных зон разрушения модели образуют единую кривую 2 малоцикловой усталости. Это свидетельствует о достаточной точности принятого метода расчета упругопластических деформаций с помощью МКЭ в условиях высокотемпературного малоциклового нагружения. [c.148]

Предложения [14, 15] но методу расчета применительно к высокотемпературным атомным энергетическим установкам являются развитием расчета при отсутствии ползучести, и между ними существует определенная преемственность. В расчете размахов местных неупругих деформаций используется соотношение типа Нейбера, кривая циклического деформирования формируется на основе характеристик сопротивления деформированию, зависящих от изменения температур и длительности полуцикла. При формировании циклов рассматривается процесс изменения приведенных местных деформаций от эксплуатационных нагрузок (теория наибольших касательных напряжений). Уравнение кривой усталости включает упругую и пластическую предельные деформации, зависящие от температуры и длительности нагружения. Эти деформации определяются через базовые характеристики механических свойств при кратковременном и длительном нагружении. [c.38]

Поковки для больших высокотемпературных роторов должны обладать максимально высоким пределом ползучести, сочетающимся с высокой пластичностью. Эти свойства достигаются контролируемыми выделениями карбида ванадия в бейнитной структуре 1 % Сг, Мо, V стали (3]. В некоторых случаях из-за сложности термообработки свойства металла на поверхности и в сердце-вине оказываются различными. Ползучесть типичной роторной стали за 10 ч при 500° С при напряжении 46 МН/м деформация 0,10%, а при напряжении 108 МН/м деформация 1%. Сопротивление усталости этого материала в зависимости от продолжительности испытаний показано на рис. 15.6 [2]. [c.212]

Многими исследованиями выявлены основные закономерности изменения предела усталости титановых сплавов в результате горячей пластической обработки, которая в общем случае значительно повышает усталостную прочность литого металла. Деформация в температурной обЛасти существования а + р-фаз по сравнению с деформацией в Р-области дает заметно большие значения усталостной прочности титановых сплавов. Так, для сплава типа ВТ6 ковка в р-области понизила предел усталости по сравнению с ковкой в а + Р-области на 12%, при этом высокотемпературные нагревы в Р-области снижают усталостные свойства даже в случае последующей нормальной деформации в а + Р-области [139]. Замечено существенное значение степени горячей пластической обработки чем более деформирован металл при прочих равных условиях, тем выше его усталостная прочность. При этом наибольшее возрастание предела усталости происходит при величинах деформации до 3—4-кратных. При большей деформации изменение усталостных свойств невелико. Наиболее высокие значения усталостной прочности титановых сплавов можно получить применением рациональной термомеханической обработки. [c.144]

Отмечается значительное влияние типа цикла нагружения и нагрева на сопротивление малоцикловой усталости. В условиях жесткого нагружения и режима испытания, когда максимальная деформация растяжения достигается в момент разогрева до максимальной температуры цикла, существенно увеличиваются повреждения материала. Долговечность вследствие большого повреждающего эффекта снижается в 10 раз по сравнению с режимом испытания, Когда максимальная деформация сжатия соответствует максимальной температуре цикла (рис. 2.5, кривые 2 и 4). Кривая малоцикловой усталости (5) при постоянной температуре, соответствующей максимальной температуре цикла 860° С, располагается значительно правее кривой 4. Это, так же как и при неизотермических испытаниях, можно объяснить эффектом залечивания повреждений в высокотемпературной части цикла на этапе сжатия. [c.50]

Высокотемпературная усталость сталей и сплавов, обусловленная воздействием циклической деформации, а также механизмы образования и распространения усталостных трещин рассмотрены в главе 6. [c.8]

I — ползучесть и длительная прочность 1 — деформация растяжением и разрушение при растяжении — релаксация 2 — ползучесть при циклическом напряжении 2 — динамическая ползучесть 3 — малоцикловая усталость 3 — высокотемпературная усталость 4 — термическая усталость 5 — термические скачки деформации 5 — ползучесть при циклическом изменении температуры [c.12]

В интервале упругих напряжений следовало бы называть это явление многоцикловой термической усталостью, а в интервале больших термических напряжений, обусловленных циклическим изменением неупругой деформации, — малоцикловой термической усталостью. Следовательно, помимо усталости при постоянной высокой температуре (изотермической усталости, см. п. 3 и п. 3 ) можно рассматривать высокотемпературную — низкотемпературную усталость, возникающую при наложении температурных циклов одного периода или температурных циклов со сдвигом [c.15]

Выше описаны хорошо известные явления, характеризующие высокотемпературную прочность, кратко рассмотрена их взаимосвязь, однако классификация указанных явлений не всегда ясна. Например, характеристики деформации, зависящей от времени, и разрушения, вызванного такой деформацией, определяют только как ползучесть. Вопрос заключается в том, какую роль играет усталость при определении этих характеристик. Эта проблема подробно рассматривается во второй главе здесь авторы коснулись этого вопроса, чтобы показать сложность явлений, характеризующих прочность. [c.16]

Если классифицировать указанным образом явления, характеризующие высокотемпературную прочность, до можно отметить, что самыми существенными являются не зависящие от времени прочностные свойства при высокотемпературном растяжении,. мало- и многоцикловой усталости- Кроме того, существенным является ползучесть при постоянном напряжении, зависящая от времени, и ползучесть при циклическом изменении напряжения, проявляющая дополнительно специфический эффект циклического изменения температуры. Таким образом, характеристики деформации при высокотемпературном растяжении и термическом скачке деформации, а также характеристики разрушения при высокотемпературной и термической усталости, определяемые при условиях сочетания или наложения влияния напряжения и деформации, времени и температуры, не обязательно выражаются основными свойствами. Они во многих случаях про являют специфические характеристики деформации и сопротивления разрушению из-за взаимного влияния. Вероятно, в некоторых случаях имеются отклонения характеристик прочности от указанного на схеме положения (характеризуемые, например, линейным законом накопления повреждений). [c.18]

Корпус турбины имеет сложную форму с каналами для прохождения пара, поэтому для его изготовления необходимы материалы с хорошими литейными свойствами и свариваемостью. Корпус подвергается воздействию внутреннего давления высокотемпературного пара, также следует учитывать возможность термических скачков деформации и термической усталости из-за напряжений, возникающих при пуске и остановке турбины. [c.28]

Результаты, показанные ка рисунке, значительно различаются в зависимости от того, принимали ли в качестве времени до разрушения обш,ее время приложения нагрузки или чистое время приложения напряжений растяжения. В последнем случае время до разрушения приближается к времени до разрушения при ползучести при постоянном напряжении, в частности, образцов, с надрезом. На рис. 5.8 показано, что при циклической ползучести нержавеюш,ей стали 316 время до разрушения, если определять это время суммированием времени приложения напряжений растяжения а , почти не зависит от величины напряжений сжатия 0(. и определяется только напряжениями растяжения. Необходимо отметить, что указанное время до разрушения почти не зависит от амплитуды полной деформации. Кроме того, из представленных результатов следует, что если считать, что напряжения сжатия не оказывают непосредственного влияния на время до разрушения при циклической ползучести, то повреждения ползучести при высокотемпературной малоцикловой усталости с заданной амплитудой деформации (т. е. при испытаниях с циклическим изменением деформации) определяются как [c.136]

СТРУКТУРА МЕТАЛЛОВ И РАЗРУШЕНИЕ ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ УСТАЛОСТИ 6.1.1. Деформация усталости [c.195]

Таким образом, при циклической деформации с такой высокой скоростью, при которой не происходит в достаточной степени ползучести даже при высокой температуре, наблюдаются такие же полосы скольжения, как и при низкой температуре. Можно считать, что даже при высокотемпературной усталости не зависящая от времени пластическая деформация обусловливается скольжением дислокаций. [c.203]

Методика испытаний на высокотемпературную малоцикловую усталость Японским промышленным стандартом не установлена, В прошлом обычно такие испытания осуществляли в условиях знакопеременной деформации с заданным раскрытием трещины 228 [c.228]

Кривые II и III — это кривые, полученные по уравнениям с использованием 5Nf и 10Л / вместо Nf в уравнении (6.19). В частности, кривая III соответствует 1/10 долговечности, рассчитанной по уравнению (6.19). Поэтому определенную таким образом долговечность называют долговечностью, рассчитанной по правилу 10 %. Хотя при высокотемпературной усталости и происходит уменьшение долговечности под влиянием повышения температуры и понижения скорости деформации, тем не менее, если применить правило 10 % с помощью уравнения (6.19), выражающего [c.230]

Испытания на высокотемпературную малоцикловую усталость с подобным циклом проводят в связи с тем, что условия работы многих агрегатов при высоких температурах при запуске, в процессе устойчивой эксплуатации и при остановке можно представить в виде одного цикла. При этом можно считать, что цикл с выдержкой при постоянной деформации, подобный показанному на рис. 6.54, близок к указанному циклу деформации. Кроме того, в реальных машинах часто основную роль играет термическая усталость, при которой образуется подобный цикл деформаций вследствие циклических изменений температуры. [c.236]

Попытки прогнозировать долговечность при высокотемпературной малоцикловой усталости с учетом выдержки при постоянной деформации осуществляются довольно интенсивно (65, 73— 75], однако до настоящего времени точных методов расчета не разработано. Например, в случае прогнозирования на основе указанного выше правила 10 % с помощью метода общего наклона [см. уравнение (6.19)] в некоторых случаях расчетная величина долговечности оказывается завышенной [66], что приводит к недостаточной надежности конструкции. В случае прогнозирования с помощью закона скорректированной по частоте усталостной долговечности [см. уравнение (6.22)1 принимают [60], выключая и время выдержки, v = 1 ( с + th), однако невозможно объяснить > различие результатов при выдержке при растяжении и выдержке при сжатии или при двусторонней выдержке. [c.238]

Как показано в предыдущем разделе, при испытаниях на высокотемпературную малоцикловую усталость с выдержкой при постоянной деформации наибольшее падение усталостной долговечности наблюдается при выдержке в полуцикле растяжения. [c.239]

Высокотемпературная малоцикловая усталость Высокотемпературная малоцикловая усталость наблюдается при высоких напряжении и деформации, когда число циклов до повреждения Mf составляет <10. Она отличается от случая, когда нагружение проводится при низкой частоте приложения напряжения или деформации, и от случая нагружения с заданной деформацией. Часто проводят испытания на усталость с заданной деформацией при знакопеременном треугольном цикле нагружения. Это обусловлено тем, что термическая усталость, вызывающая серьезные проблемы в реальных деталях Машин и элементах конструкций, является усталостью с заданной деформацией. Кроме того, даже данные, полученные при высокой температуре, соответствуют уравнению Мэнсона — Коффина и получаемые [c.14]

При определенных температурных условиях явление перехода, показанное на рис. 4,45, а, наблюдается в материалах, в которых происходит деформационное старение. Ясно, что оно проиеходит при температурах, при которых возможно деформационное старение или при несколько более высоких температурах. Однако при очень высоких температурах, когда деформационное старение не происходит, экспериментально не исследовали, наблюдается ли подобное явление перехода. Кроме того, неясно, наблюдается ли такое явление в области высоких температур и в случае, когда не происходит резких изменений напряжения по прямоугольному циклу, а изменение напряжения соответствуют трапециевидному или треугольному циклу. Циклическая ползучесть в таких случаях, когда минимальное напряжение становится отрицательным или когда напряжение или деформация становятся знакопеременными, является важной характеристикой высокотемпературной деформации, связанной с малоцикловой или термической усталостью. Можно считать, что в этих случаях простое механическое уравнение состояния не применимо, однако подробных исследований по этому вопросу не проводили. [c.129]

Клиновидные трещины образуются преимущественно в стыках трех зерен, развиваются вдоль одной из границ и связаны с заторможенным межзеренным проскальзыванием. Поперечные границы являются препятствием для распространения трещин, поэтому на начальной стадии процесса разрушения трещины распространяются от одного узла границы до другого. Чаще всего клиновидные трещины образуются при перегревах в паропере-гревательных трубах из стали 12Х18Н12Т, в перлитных сталях в местах затрудненной деформации — там, где имеется сочетание высокотемпературной малоцикловой усталости и ползучести, а [c.13]

Применение установки ИМАШ-10-68 и методов высокотемпературной металлографии при изучении процессов, которые протекают в материалах, подвергаемых нагреву при циклическом знакопеременном нагружении, весьма перспективно для получения детальных сведений о деформации и разрушении от усталости. Использование описанной выше аппаратуры позволило, в частности, изучить механизм деформации никеля при малоцикловом нагружении в области повышенных температур [48, с. 120—126 61 ], процессы высокотемпературного деформационного старения при циклическом нагружении малоуглеродистой стали 22К [50, с. 58—61 ] и аустенит-ной стали X18HI0T, а также провести микроструктурное исследование особенностей деформации и разрушения некоторых биметаллических материалов при высокочастотном нагружении в условиях повышенных температур [49, с. 85—92 50, с. 87—94]. [c.155]

Некоторое подобие реальным режимам нагружения воспроизводится опытами на термическую усталость с выдержками в высокотемпературной части цикла на установках Коффина [1—9] такие же режимы нагружения могут быть приближенно оценены опытами на изотермических малоцикловых y TanoBitax без следящей системы нагрунсения [10]. Существенная нестационарность процесса упругопластического деформирования при таких испытаниях связана главным образом с изменением соотношения жесткости системы машина — образец в результате кинетики свойств материала, перераспределения температурных полей как по циклам, так и во времени. В связи с этим фактическая величина деформаций существенно нестационарна и поэтому особое внимание при оценке условий разрушения должно быть уделено определению действительной величины циклической деформации [11]. [c.86]

Расчетная оценка малоцикловой долговечносга. На базе полученной информации о циклических деформаций в опасной точке детали и кривых малоцикловой усталости оценим долговечность телескопического кольца, используя деформационно- кинетический критерий прочности при постоянных температурах [см. соотношение (1.3)]. Разрушения детали (см. рис. 3.2) в условиях эксплуатации, а также модели при стендовых испытаниях в условиях высокотемпературного малоциклового нагружения имеют преимущественно усталостный характер (наличие сетки мелких трещин, инициирующих магистральное разрушение, без признаков накопления односторонних деформаций), поэтому расчетное критериальное уравнение, описьшающее предельное состояние материала, обусловленное накоплением усталостных повреждений, принимаем в виде [c.144]

Если нецвсредственно после деформации металла или сплава в горячем евстоянии охлаждение производить очень быстро, то удается зафиксировать структуру пере-кристаллизованного или частично перекристаллизованного сплава, который имеет зерно с внутренней фрагментацией и полигонизацией, а также иное состояние границ зерен (зубчатое строение). Если сплав в этом состоянии подвергнуть только старению, исключив общепринятую высокотемпературную закалку на твердый раствор, то он будет обладать более высокими механическими свойствами при комнатной и повышенных температурах, но худшей жаропрочностью при высоких температурах. Такого рода комплекс операций называют высокотемпературной термомеханической обработкой. Сплав, имеющий структуру нерекристаллизованного аустенита, зафиксированного после горячей обработки давлением путем быстрого охлаждения, и подвергнутый старению, имеет лучшее сочетание прочности, пластичности, ударной вязкости и сопротивления усталости [35, 36]. [c.228]

Для малоциклового нагружения, при котором величины действующих нагрузок существенно выше, схема упрочнения — разупрочнения при двухуровневом нагружении также справедлива, что показано, например, в [6]. Однако в ряде случаев малоцикловой высокотемпературной усталости суммарное повреждение оказывается большим, чем это следует из линейного закона. В табл. 4.7 показаны результаты таких испытаний для жаропрочного никелевого сплава ХН56ВМКЮ. Размах деформаций изменялся в блоке нагружения так = 1,75%, = 2,61%, [c.99]

Заметная временная зависимость сопротивления термической усталости в интервале средних температур связана с особенностями протекания высокотемпературной пластической деформации [2]. При меньших температурах временная зависимостиь проявляется слабо вследствие незначительной скорости процессов ползучести и релаксации напряжений. При больших температурах термические напряжения очень быстро полностью релаксируют и дальнейшая выдержка становится несущественной, так как образец уже практически разгружен. Кроме того, в опасном интервале температур характеристики длительной пластичности металла, как правило, снижены в наибольшей степени по сравнению с характеристиками кратковременных испытаний. Следует отметить, что последнее положение является дискуссионным. [c.40]

С другой стороны, как было установлено исследованиями по высокотемпературной малоцикловой и термической усталости, в рассматриваемом интервале температур аустенитные стали типа 18Сг—8Ni являются циклически упрочняющимися, а перлитные и ферритные — циклически разупрочняющимися. При заданной величине стесненной деформации за цикл аустенитные стали часто имеют более высокое сопротивление термической усталости по числу теплосмен до разрушения. Следует также подчеркнуть, что при сравнительной оценке по заданной величине пластической деформации за цикл соотношение между данными по долговечности различных материалов может существенно изменяться. [c.140]

Определенным подбором горячей деформации и термической обработки в работе [14] были получены различные структуры сплавов, которые оценивались по шкалам АМТУ 518—69 (балл макро- и микроструктуры). Усталостные образцы диаметром рабочей части 5,0—7,5 мм вырезались как из прессованных или кованых прутков, так и из штампованных лопаток. Испытание гладких и надрезанных ( = 1,89) образцов велось при чистом круговом изгибе. Основные результаты испытаний при комнатной температуре приведены в табл. 37. Данные табл. 37 показывают, что огрубление макро- и микроструктуры (увеличение балльности) заметно снижает усталостную прочность титановых сплавов, при этом самостоятельное значение имеет и макроструктура и микроструктура. Более чувствительным к структуре материалом оказался сплав ВТЗ-1. Характерно, что испытания образцов, вырезанных из штампованных лопаток сплава ВТ8, которые подвергались высокотемпературной термомеханической обработке (ВТМО), показали предел усталости 73—77 кгс/мм - против 65 кгс/мм без ВТМО. Очевидно, ВТМО дает большую структурную однородность, Повышаюш,ую предел усталости. Близкие к изложенным результатам получены данные для сплавов ВТ8 и ВТ9. [c.145]

Уравнение (4.81) применяется для - оиределення амплитуды деформации при высокотемпературной малоцикловой усталости, оно не предназначено для расчета концентрации деформаций относительно направленной деформации. Однако можно считать, что при циклической дефор.мации закономерности концентрации напряжений и деформаций ползучести и упруго-пластической деформации по существу не отличаются от соответствующих закономерностей при направленной деформации. Как бы то ни было, рационально определять деформацию с помощью уравнения (4.81) по пересечению кривой циклическое напряжение—деформация с гиперболой е = (5 /о) /С в для случая упруго-пластической деформации. Необходимо обратить внчмание, что при определении номинальной деформации ползучести с использованием изохронных кривых напряжение—деформация, полученных исходя из кривых ползучести при постоянной нагрузке (см. например, рис. 4.7) она часто отличается от деформации, полученной при циклическом напряжении. [c.119]

Такие же изменения структуры наблюдали и при усталости под действием циклической деформации. На рис. 6.2. приведены мик-кроструктуры и дифракционные рентгенограммы в узком пучке, полученные вблизи зоны повреждения образцов из малоуглеродистой стали S15 при испытаниях на высокотемпературную малоцикловую усталость растяжением—сжатием с постоянной деформацией. При 450 °С, и особенно при 500 °С довольно отчетливо наблюдается образование ячеек рентгенограмма в отличие от наблюдаемых при низкой температуре сплошных колец состоит из неоднородных пятен, [c.196]

Таким образом, циклическая деформация, обусловливающая высокотемпературную усталость, имеет характерную особенность, связанную с образованием субструктуры, как и однонаправленная деформация, т. е. ползучесть. Другим характерным видом деформации при высокотемпературной усталости является зернограничная деформация. На микрофотографиях (рис. 6.4) видны границы зерен на поверхности цилиндрического образца из свинца, наблюдаемые при высокотемпературной (0,57, ) усталости при циклическом скручивании. Границы зерен перемещаются таким образом, что совпадают с направлением максимальных напряжений сдвига, возникающих при циклической деформации, при этом образуются прямоугольные четырехгранные кристаллические зерна. [c.197]

Тот факт, что границы зерен служат источниками высокотемпературного усталостного разрушения, является одной из характерных особенностей высокотемпературного разрушения вообще, сходной с закономерностями высокотемпературной ползучести. Однако высокотемпературное усталостное разрушение не всегда является ннтеркристаллит-ным, доминирует циклическая деформация, обусловленная движением дислокаций. При образовании узких полос скольжения возникают трещины от таких же выступов и впадин, как и при усталости при комнатной температуре. На рис. 6.14 показаны выступы, наблюдаемые на поверхности образца из сплава Udimet 500 (см. табл. 1.4) при малоцикловой усталости при 815 °С такой выступ служит источником образования трещины. [c.205]

А1, 1,2 Ti, Ni — ост.) от частоты нагружения при комнатной температуре в воде. В области высоких частот нагружения (>1 Гц) наблюдается зависимость скорости dlldN от числа циклов нагружения, она такая же, как и на воздухе. В отличие от этого в области низких частот нагружения проявляется зависимость только от времени нагружения наблюдается полностью интеркристал-литное разрушение, т. е. закономерности распространения трещины аналогичны приведенным на рис. 6.27—6.29. Однако рассматриваемый случай — это случай коррозионной усталости, ползучесть не оказывает влияния на кинетику процесса. Ниже описаны результаты исследования на основе нелинейной механики разрушения, приведенного с целью объяснения характерных особенностей распространения трещины при зависящей от времени высокотемпературной малоцикловой усталости с учетом циклического изменения деформации ползучести. [c.215]

Помимо описанных выше метода общего наклона и правила 10 % для оценки зависимости долговечности от скорости деформации при высокотемпературной малоцикловой усталости Коффин [56, 57] предложил ввести понятие об усталостной долговечности, скорректированной по частоте нагружения. С этой целью второй член уравнения (6.19), т. е. уравнения Мзнсона—Коффина [58, 59] [c.233]

На рис. 6.50 приведены результаты испытаний на высокотемпературную малоцикловую усталость никеля и сплава In onel, применяемого для труб. Если представить результаты в зависимости от скорректированной по частоте нагружения усталостной долговечности, то полученные данные можно разделить на две прямолинейные зависимости не зависящее от частоты нагружения, и зависящее, но с более крутым наклоном. При высокой температуре первая зависимость наблюдается при больших амплитудах деформации, вторая — при малых. В целом рассматриваемая зависимость выражается ломаной линией, причем каждая из прямых имеет собственный наклон [61]. [c.234]

Обобщенные результаты экспериментов, иллюстрирующие влияние выдержки при постоянной деформации на долговечность малолегированных сталей Сг—Мо и Сг—Мо—V при высокотемпературной малоцикловой усталости даны на рис. 6.58. В отличие от результатов испытаний аустенитной нержавеющей стали (см. рис. 6.55) кривые имеют выпуклую форму при увеличении длительности выдержки падение усталостной долговечности ускоряется. Кроме того, влияние выдержки при постоянной деформации по-крайней мере в пределах 100 мин оказывает меньшее влияние на усталостную долговечность ферритной малолегированной стали, чем аустенитной нержавеющей стали. Свойства стали Сг—Мо при высокотемпературной малоцикловой усталости наряду с результатами исследования влияния выдержки при постоянной деформации описаны в сообщении [70] Комитета по пол- [c.237]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...