Нержавеющая сталь, усталостное разрушение

Нержавеющая сталь, усталостное разрушение 248 [c.303]

Совместное скручивание и растяжение образца может приводить к реализации механизма роста трещин, вызывающего преимущественное формирование усталостных бороздок [77-80]. Это указывает на превалирование нормального (по типу I) раскрытия берегов трещины при развитии разрушения. Испытания трубчатых образцов с наружным и внутренним диаметрами 13 и 10 мм соответственно при 550°С показали формирование усталостных бороздок в нержавеющей стали 304 вплоть до соотношения = Ау/Ае = Ат/Аа <1,5 [77]. При этом угол ориентировки траектории трещины к оси растяжения образца достигал 65°. Большим соотношениям Я-j соответствовали выра- [c.312]

Исследования нержавеющей стали 304 при 550 С были выполнены при контроле уровня реализуемой деформации скручивания и растяжения [77]. Соотношение указанных деформаций варьировалось в диапазоне О < (Ау/Де) < 4 при сдвиге фаз на углы (л/2), (к/3), (п/6). После испытаний сформированные поверхности разрушения были подвергнуты исследованию на электронном микроскопе. Сдвиг фаз на 60 и 30° при соотношении деформаций 1,5 привел к сильному повреждению излома, и механизм формирования усталостных бороздок, характерный для указанного материала [c.330]

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]

Применительно к решению задачи об определении причины разрушения элемента конструкции реализованный процесс роста трещины уже имеет указанный показатель степени. Он может быть определен в результате измерений шага усталостных бороздок по длине трещины, поэтому решение обратной задачи становится достаточно простой процедурой. По известным или предполагаемым значениям поправочных функций, полученным на основе испытания образцов, производится оценка реализованных условий процесса усталостного разрушения жаропрочных и нержавеющих сталей. Она позволяет дифференцировать процессы, реализованные в области низкочастотного, высокотемпературного нагружения и с выдержками материала под нагрузкой. [c.359]

Методом фрактографического анализа исследовали поверхности разрушения образцов, испытанных при различных температурах как при растяжении, так и при усталостных испытаниях. Обсуждение полученных результатов и большое количество фрактограмм, снятых с образцов основного и сварного металла, опубликованы в работах [2—7]. В общем, преобладающим типом разрушения образцов из указанных нержавеющих сталей при перегрузках был вязкий ямочный излом, начинавшийся от небольших включений карбидов или мелкой пористости. На поверхностях разрушения усталостных образцов, испытанных для определения скорости роста трещины усталости, наблюдались зоны смешанного строения, включая мелкие и крупные усталостные бороздки, вязкий отрыв, скол и образование вторичных интеркристаллитных трещин. [c.246]

Многие металлы и сплавы, например нержавеющие стали, титановые и алюминиевые сплавы и др., обладают высоким сопротивлением коррозионной усталости из-за образования на их поверхности стойких к воздействию коррозионных сред оксидных пленок. Можно предположить, что постоянное или периодическое разрушение этих пленок, обеспечивающее доступ коррозионной среды к деформируемому металлу, должно активизировать процесс его коррозионно-усталостного разрушения. На практике очень многие детали машин подвергаются одновременному воздействию циклических напряжений, контактирующих элементов и коррозионной среды. Такие условия реализуются, например, при свободной посадке деталей, в узлах трения, болтовых и прессовых соединениях, бурильной колонне, гребных и турбинных валопроводах и т.п. Поэтому изучение влияния внешнего трения на процесс коррозионно-усталостного разрушения металлов представляет собой важную научно-практическую задачу. [c.29]

В заключение необходимо отметить, что инверсия масштабного фактора при коррозионной усталости характерна для углеродистых, низко-и среднелегированных мартенситных нержавеющих сталей, алюминиевых сплавов. Наиболее заметна она при изменении диаметра образца до 50—60 мм (рис. 69) и проявляется при большой базе испытаний, когда коррозионно-усталостное разрушение контролируется электрохимическим фактором. У нержавеющих сталей, склонных к щелевой коррозии, с увеличением диаметра образцов предел выносливости снижается и при испытании и в воздухе, и в коррозионной среде. [c.136]

В некоторых конструкциях цилиндрических аккумуляторов, предназначенных для работы в условиях высоких температур, применяют в качестве разделителей сильфоны из нержавеющей стали. Однако при этом увеличиваются вес и габариты аккумулятора, а также снижается срок службы, который в этом случае определяется усталостным разрушением сильфонов. [c.114]

Нержавеющие стали обладают (109, 129] высокой коррозионной усталостной прочностью. Стали, содержащие хром, никель, сравнительно неплохо сопротивляются коррозионноусталостному разрушению. [c.77]

На базе положений механики разрушения проведено множество исследований роста трещин ползучести и усталости. В целом результаты этих работ позволяют предположить, что поведение высокопрочных сплавов в условиях ползучести можно характеризовать величиной К. Для характеристики поведения нержавеющих сталей и теплостойких сплавов в тех же условиях более приемлем, по-видимому, параметр с. При усталостном нагружении для обоих типов материалов приемлемым представляется параметр К или LK. [c.322]

На рис. 103 представлены диаграммы усталостного разрушения исследованных нержавеющих сталей и титановых сплавов при симметричном циклическом нагружении на воздухе и в растворе морской соли, а в табл. 34 — пороговые размахи коэффициента интенсивности напрял<ений и параметры уравнений Париса. Точки /—10 получены на образцах с краевой трещиной (см. рис. 56), И—15 — на образцах с полуэллиптической трещиной (см. рис. 54, б). Размеры трещин [c.176]

Характерная картина разрушения показана на рис. 8.1. Поломка полосы нержавеющей стали, находившейся под воздействием переменного изгиба, произошла в сечении, где полоса соприкасалась с кадмиевой пластинкой. Тот факт, что разрушение произошло в неослабленном отверстием сечении, говорит за то, что трение в. месте контакта понижает усталостную прочность больше, чем совместное действие ослабления отверстием площади поперечного сечения и эффективного коэффициента кон центрации в этом сечении. Другие примеры разрушений при наличии контактного трения показаны на рис. 10.3 и 10.4. [c.211]

Рис. 6.14. Кинетические диаграммы усталостного разрушения аустенитной нержавеющей стали в зависимости от содержания азота

Эрозия лопаток, вызванная попаданием пыли, песка, мелких частиц и прочее, в результате поверхность лопаток покрывается мельчайшей сыпью или рисками (последнее наблюдается на лопатках из нержавеющей стали). Наиболее частым последствием попадания посторонних предметов являются забоины, трещины и вмятины на лопатках компрессора, которые создают очаги концентрации напряжений, ведущие со временем к усталостному разрушению. Особенно опасны забоины у корневых сечений пера лопатки на острых кромках. [c.99]

Можно, конечно, не сомневаться, что образцы из отожженного алюминия, испытывавшиеся в КТИ, подвергались воздействию гораздо большего числа ударов по сравнению с числом образовавшихся на них впадин, однако интенсивность многих ударов была слишком мала, чтобы вызвать остаточную деформацию, но достаточна, чтобы привести к усталостному разрушению алюминия. В экспериментах с алюминием изменения поверхности алюминия скорее вызваны отдельными мощными ударами, чем усталостным разрушением. Однако высокопрочные бронзы и стали, из которых изготовляется гидравлическое оборудование, разрушаются при скоростях, не превышающих скорости в описанных экспериментах. То же можно сказать и о лабораторных испытаниях в трубках Вентури в Мичиганском университете, в которых нержавеющие стали и многие другие высокопрочные материалы подвергались аналогичному кавитационному разрушению в том же интервале скоростей воды, что и в экспериментах, проведенных в КТИ. [c.400]

Прочность которого была достаточно велика, чтобы выдерживать напряжения, возникающие при схлопывании каверн. При таких условиях разрушение приобретало совсем другой характер, и для него был предложен термин кавитационное усталостное разрушение. Типичные усталостные трещины, прорезающие поверхностный слой материала, были хорошо видны при увеличении от 200 до 1500. В ряде случаев в материале можно было наблюдать линии сдвига, свидетельствующие о механической природе кавитационного воздействия. Они наблюдались также в образцах из аустенитной нержавеющей стали (фиг. 9.2). [c.432]

Лопатки газотурбинных компрессоров являются наиболее ответственными деталями среди всех узлов газоперекачивающих агрегатов. Они изготавливаются из хромистых нержавеющих сталей. Количество аварийных остановов из-за повреждения лопаток продолжает оставаться относительно большим. Анализ повреждений лопаточного аппарата показывает, что основным видом разрушения является усталостный. Причины усталостного разрушения следующие погрешности монтажа и сборки, механической обработки, действие неучтенных расчетом изгибных и крутильных переменных напряжений, а также износ и коррозия металла лопаток. [c.96]

Большое значение поверхностей раздела для усталостного разрушения стало очевидным еще в исследованиях [6, 4, 20, 39, 19]. С одной стороны, волокна отклоняли трещины и тормозили их рост, а с другой — усталостные трещины могли зарождаться внутри композита около разорванных волокон и у концов волокон. Бэйкер [3, 5] показал, что для композитов алюминия с нержавеющей сталью усталостная прочность при знакопеременном изгибе имеет максимум при некоторой средней температуре соединения (- 510 °С) и уменьшается у образцов, полученных при более высоких или низких температурах. Изменение усталостной прочности приписывалось тому, что затрудняется распространение трещин вдоль поверхностей раздела волокон и матрицы, где имеются различные количества продуктов реакции (интерметал-лидные соединения). Это в свою очередь связывали скорее с улучшением механической связи между волокнами и матрицей, чем с увеличением прочности сварки. [c.397]

В условиях циклического нагружения уменьшение эффективной скорости деформирования, обусловленное либо уменьшением частоты, либо выдержкой в цикле, либо формой цикла, может вызвать существенное снижение числа циклов Nf до разрушения, как показано на рис. 3.1,6 на примере нержавеющей стали типа 304, испытанной при 600 и 700 °С и размахе деформации Ае = 1 %. Аналогичные данные получены для бейнитной стали 2,25 Сг — 1 Мо [286] при Т = 575 °С и Ле = 0,5 % выдержка в циклах растяжения и сжатия до 6 мин приводит к снижению усталостной долговечности в три-четыре раза по сравнению с непрерывным циклированием со скоростью деформирования = 4-10- с-. Подобное влияние скорости деформирования на повреждаемость материала наблюдается и на стадии роста усталостной трещины. Например, для никелевого сплава 1псопе1718 уменьшение частоты нагружения до 0,1 Гц [c.151]

Применительно к крестообразным плоским моделям исследование несинфазности было выполнено на нержавеющей стали при соотношении главных напряжений 1,0 со сдвигом фаз па 180° [74]. Смещение фаз не вызвало принципиального изменения в формировании рельефа излома. С возрастанием соотношения главных напряжений имело место более хрупкое разрушение материала, тогда как механизм формирования усталостных бороздок сохранялся при сдвиге фаз. [c.331]

Испытание на воздухе при 570 С сплава AISI типа 304 нержавеющей стали было проведено на образцах толщиной 4,84 мм с частотой 5 Гц и при выдержке под нагрузкой в течение 15 и 20 мин [51]. Испытания были проведены путем последовательного чередования циклов синусоидальной формы и циклов с выдержкой. Формирование усталостных бороздок при синусоидальной форме цикла чередовалось с участком межзеренного разрушения, который соответствовал включению в нагружение цикла с выдержкой материала под нагрузкой. Чередование выдержки материала под нагрузкой между 1000 циклами синусоидальной формы приводило к возрастанию периода роста трещины почти на 20 %, при уменьшении числа циклов до 500 было связано с едва заметным снижением периода роста трещины за весь период испытания. Снижение числа циклов синусоидальной формы до 50 между выдержками материала под нагрузкой приводило более чем к двукратному снижению числа циклов до разрушения. Некото- [c.356]

Состояние поверхности играет существенную роль при усталостном разрушении, так как развитие структурной повреждаемости происходит преимущественно в поверхностных слоях [70]. Более раннее пластическое течение поверхностных слоев металла по сравнению с объемом является причиной разрыва на кривых усталости в области, переходной между малоцикловой и многоцик-левой усталостью. Упрочнение путем науглероживания тонкого поверхностного слоя глубиной в несколько зерен (для нержавеющей и углеродистой стали) приводит к исчезновению разрыва на кривых усталости, повышению предела усталости до уровня напряжения, при котором до обработки наблюдался разрыв [71] [c.26]

Усталостное разрушение углеродистых, средиелегированных и нержавеющих сталей, а также сплавов на основе алюминия и других металлов в присутствии коррозионной среды отличается от характера разрушения этих материалов в сухом воздухе или химически мало активных и инертных средах. Характерными признаками коррозионной усталости в этих случаях являются [c.12]

Применение механотермической обработки (МТО), которая Заключалась в предварительной пластической деформации заготовок образцов растяжением на 20 % и последующего старения, дало возможность увеличить предел выносливости стали с 270 до 350 МПа (см. рис. 26) максимальный условный предел коррозионной выносливости при этом достигает 320 МПа. Применение механотермической обработки нержавеющих аус-тенитных сталей обусловливает увеличение плотности и равномерности распределения в них дислокаций и их полигонизацию. Повышение сопротивления усталостному и коррозионно-усталостному разрушению стали после МТО объясняется затруднением движения полигонизованных дислокаций, а также затормаживанием диффузионных процессов. Резкое снижение упрочняющего эффекта при нагреве стали до 800°С происходит из-за интенсивных рекристаллизационных процессов выделения и коагуляции вторичных фаз. [c.64]

Атмосфера влажного воздуха, возникающая в результате испарения водного раствора Na I (температура 40°С, относительная влажность 97-99 %) и не вызывающая заметных коррозионных поражений нержа-вещих сталей в ненапряженном состоянии, обусловливает коррозионноусталостное разрушение углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей [113]. Коррозионно-усталостному разрушению в указанных условиях подвергаются также такие коррозионностойкие материалы, как титановые сплавы. [c.103]

Нержавеющие стали 12Х17Н2 и 08Х17Н5МЗ,термически обработанные по оптимальным режимам, под действием влажного воздуха также подвергаются коррозионно-усталостному разрушению, хотя выносливость их снижается незначительно, всего на 40—50 МПа это объясняется низкой агресив-ностью влажного воздуха по отношению к сталям. [c.104]

Высокая способность противостоять эрозионно-усталостному разрущению при микроударных воздействиях. Это свойство в большой степени зависит от природы сплава, его структуры и фазового состава (Л. 4. Наибольшей стойкостью против эрозионного разрушения обладают нержавеющие стали с мартенситной структурой, наименьшей— с ферритной. Эрозионная стойкость сталей с аусте-нитной структурой зависит от природы и свойств аусте-нита и его способности к упрочнению при пластических деформациях. [c.79]

В условиях вакуума могут заметно измениться механические свойства сплавов. Существенное влияние вакуума на усталостную прочность металлов показано в ряде работ. В одном из ранних исследований [398] обнаружено, что время до разрушения свинца при усталостных испытаниях в вакууме 133 мн1м (10 мм рт. ст.) более чем в два раза превосходит его долговечность при таких же испытаниях на воздухе. Этот эффект был подтвержден другими исследованиями. Они заметили также различие в виде излома и морфологии поверхности образцы свинца, разрушившиеся на воздухе, имели межкристаллитный излом в отличие от транскристаллитного излома образцов, разрушившихся в вакууме. Поверхность образцов, испытанных в вакууме, была более грубой, чем у образцов, испытанных на воздухе было сделано заключение о том, что усталостные трещины в образцах, испытанных на воздухе, снижают поверхностные напряжения и таким образом уменьшают деформацию поверхности. Существенное увеличение долговечности при усталостных испытаниях в вакууме наблюдалось для алюминиевых сплавов, а также для нержавеющей стали при 815° С. Было показано, что сопротивление усталости золота не зависит от давления газовой среды. [c.437]

Существенное влияние циклических свойств материала, режимов нагружения и температуры на сопротивление малоцикловому разрушению вытекает из данных, представленных ранее. Деформация нулевого полуцикла и число циклов Np до разрушения для циклически разупрочняющейся стали ТС при мягком нагружении (симметричный цикл напряжений) оказываются значительно меньше, чем для циклически упрочняющейся (с повышением температур) аустенитной нержавеющей стали Х18Н10Т. В первом случае это объясняется интенсивным накоплением квазистатических и усталостных повреждений, во-втором— отсутствием накопления квазистатических повреждений и уменьшающейся с увеличением числа циклов нагружения скоростью накопления усталостных повреждений, зависящей от ширины петли. Циклически стабильная при комнатной и слабо упрочняющаяся при повышенной температуре сталь 22к при мягком нагружении занимает промежуточное положение. При жестком нагружении (симметричный цикл деформаций) различия в деформациях и числах циклов Мр определяются только накоплением усталостных повреждений, зависящих в основном от располагаемой пластичности стали. При этом режиме нагружения различие в долговечностях получается меньше, чем при мягком, и меньшие долговечности соответствуют материалам, склонным к деформационному старению. [c.254]

На рис. 6.28 представлена зависимость скорости распространения трещины от частоты нагружения в стали SI5 при 400 °С и стали 316 при 650 °С при знакопеременном прямоугольном цикле напряжений. При высокой температуре легко происходит ползучесть, поэтому при частоте нагружения более низкой, чем 1 цикл/мин наблюдается зависимость скорости распространения трещины только от времени нагружения. Вид поверхности разрушения нержавеющей стали 316 показан на рис. 6.16. Данные, характеризующие распространение усталостной трещины в алюминиевом сплаве 2024-T35I приведены на рис. 6.29. Температура испытаний была довольно низкая (80 °С), поэтому переход от зависимости скорости распространения трещины от числа циклов нагружения к зависимости от времени нагружения наблюдается при низкой частоте за период >1 ч. [c.214]

Сочетание квазистатического и усталостного разрушений при асимметричных циклах напряжений можно проследить на аустенитной нержавеющей стали (рис. 30). В области квазистати-ческих разрушений (светлые точки) разрушение определяется максимальными напряжениями, в области же усталостных разрушений (черные точки) — амплитудными значениями напряжений. [c.112]

То, что критерий играет важную роль в развитии усталостных трещин, хорошо иллюстрируют примеры, приведенные на рис. 4.12 и 4.13 [35, 36]. Из рис. 4.12 видно, что изменение температуры испытания от комнатной до 700 °С сильно изменяет значения образцов из ферритной нержавеющей стали системы 18%Сг-МЬ. С увеличением температуры кинетические кривые усталости смещаются в сторону меньших значений Аномальное поведение этой стали при температуре испытаний 500 °С авторы [35] связывают с эффектом закрытия вершины усталостной трещины, вызванным пластическим поведением. Изменение режимов отпуска закаленной высокопрочной легированной стали 300-М (0,42С 0,76Сг 1,76М1 0,41Мо вес. %) в пределах от 100 до 650 С с соответствующими значениями предела прочности от 2338 до 1186 МПа также сильно влияет на изменение положения начальных участков кинетических диаграмм усталостного разрушения (см. рис. 4.13) [36]. [c.127]

В последнее время большое внимание уделяют возможности повышения статических и циклических характеристик механических свойств конструкционных сталей путем легирования атомами азота [6, 18, 21, 32]. На рис. 6,14 представлены кинетические диаграммы усталостного разрушения образцов из нержавеющей стали SUS 316 в зависимости от содержания азота (в пределах от 0,02 до 0,66, вес.%) [21]. В работе [21] было показано, что пороговый коэффициент интенсивности напряжений AK, , для стали с 0,001 0,02 и 0,07% N не зависит от количества содержания N. Однако при содержании в стали азота в количестве, большем, чем 0,24%, наблюдается заметно меньшая скорость распространения трещины и возрастает на 50%. Такое поведение при усталости связано с тем, что в высокоазотистой нержавеющей стали деформация у вершины трещины однородна, а у стали с низким содержанием азота в зоне пластической деформации заметны локальные полосы скольжения [21]. [c.220]

Напомним, что отожженный алюминий был выбран для данных экспериментов исходя из предположения, что любой удар достаточной интенсивности, способный вызвать разрушение обычных конструкционных материалов (включая усталостное разру-ш ение), приведет к остаточной деформации материала поверхности алюминия. Поскольку нет оснований сомневаться в справедливости этого предположения, то на основании проведенных экспериментальных исследований можно заключить, что при кавитации удары разрушающей силы наносятся с очень низкой частотой. Например, основанный на данных о частоте расчет образования впадин и средней площади впадины в случае кавитации, происходящей при скорости течения 27,45 м/с, показывает, что выбранная точка поверхности оказывается внутри зоны разрушающего действия удара лишь приблизительно один раз каждые 100 мин. Случайно оказалось, что в одном из таких экспериментов поверхность фотографировалась через каждые полтора часа. Таким образом, последовательные фотографии соответствуют приблизительно одному удару для данной точки поверхности, двум ударам и т. д. На фиг. 8.8 показано пять таких микрофотографий типичного участка зоны максимального разрушения. Вид этих фотографий подтверждает предположение, что кавитационное разрушение, вызываемое присоединенной каверной, обусловлено относительно редкими мощными ударами, которые либо вырывают частицы материала, либо вызывают преждевременное усталостное разрушение. Недавно в Мичиганском университете при проведении испытаний в трубках Вентури подтверждены эти общие выводы и зафиксированы потери веса образцов на ранней стадии эксперимента до того, как на поверхности появились перекрывающиеся впадины [17, 54, 60]. В одном из таких экспериментов [60] образец из нержавеющей стали, предварительно облученный радиоактивными изотопами, испытывался в воде с целью подтвердить [c.399]

Для материалов, работающих в агрессивных средах, необходимо учитывать характер последних, концентрацию и температуру. При выборе материалов для деталей химических машин следует избегать контакта двух металлов со значительно отличакжцимися электрохимическими потенциалами. Так, чтобы предупредить коррозионное разрушение, следует избегать непосредственного контакта меди, никеля, благородных металлов и их сплавов со сталью. В этих случаях стальные детали целесообразно оцинковывать или кадмировать либо устанавливать между ними оцинкованные прокладки или шайбы. Недопустим также контакт алюминия, меди и их сплавов с нержавеющими сталями. Следует учитывать, что при одновременном воздействии на материал знакопеременных нагрузок и агрессивной среды предел усталостной прочности металлов понижается. [c.258]

Нержавеющие стали, как и все прочие металлические материалы, подвержены усталостному разрушению. В отсутствие коррозии все типы нержавеющих сталей имеют истинный предел усталости, который равен примерно половине временного сопротивления (для сталей с очень высоким временным сопротивлением эта доля несколько меньше). В коррозионной среде предел выносливости отсутствует и число циклов, приводящих к разрушению, становится функцией циклического напряжения при любых уровнях последнего. Кривая зависимости напряжения от логарифма числа циклов также смещается в сторону меньших напряжений. Взаимосвязь состава и прочности стали И параметров коррозионной среды с усталостным разрушением слишком сложна и не может быть детально здесь рассмотрена. В качестве общего примера можно привести такие цифры предел коррозионной выносливости (10 циклов в 3%-ном растворе Na l) смягченных мартенситных сталей равен примерно 120 МН/м , а смягченных аустенитных сталей 200 МН/м , [c.39]

Рис. 150. Кривые усталостного разрушения алюминиевого сплава Ь73 (/) и того же сплава, но упрочненного 13,5 объем.% проволоки (в виде сеток) из нержавеющей стали РУ 520В (2)

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...