Период зарождения усталостных трещин

Период зарождения усталостных трещин, как и в случае статического деформирования, можно разделить на три основные стадии [c.18]

Период зарождения усталостных трещин [c.21]

Рис. 1.15. Диаграммы (а) циклического разрушения материалов и (б) относительной их живучести но стадиям I — необратимой повреждаемости II — зарождения трещины III — роста трещины IV — полной долговечности, связанной с разрушением материала V — пов-торно-статическим разрушением [27] (в) зависимость относительного периода зарождения усталостной трещины iV, / Nf от размаха напряжений, Аа, в образцах из алюминиевого снлава 2024-ТЗ для длины распространения трещины 0-15 мм при различных радиусах р в вершине концентратора глубиной h [26] (г) рассеяние экспериментальных данных по зависимости длины усталостной трещины от числа циклов нагружения стальных образцов (С — 0,21 r — 0,21 Мп — 0,47 Си — 0,21 Сг — 0,09 %) при двух уровнях напряжения [97]

Как показали результаты испытаний панелей с отверстиями из алюминиевого сплава 7075-Т6, упрочняющая обработка отверстий позволяет существенно продлить период зарождения усталостной трещины [108]. Испытанию подвергали панели под действием спектра нагрузок с переменной амплитудой, характерной для условий работы верхних панелей крыла самолета. Было показано, что 70 % долговечности соответствует периоду зарождения трещины. Однако даже в этом случае длительность периода роста трещины была достаточно велика, чтобы часть ее можно было использовать для осуществления безопасной работы конструкции с развивающейся трещиной. [c.65]

В испытаниях период зарождения усталостной трещины от дефектов составил не менее 250000 циклов. [c.559]

В совокупности, все перечисленные повреждения могут сыграть решающую роль в снижении периода зарождения усталостной трещины. Наконец, возможен надрыв материала в зоне забоины, что было продемонстрировано выше. Однако для титановых лопаток даже возникновение тонких слоев газонасыщенного альфированного слоя из-за прижога материала может оказаться достаточным для резкого снижения периода зарождения трещины. [c.605]

Как указано выше, процесс разрушения металлов при циклическом нагружении можно условно разделить на три периода зарождение усталостной трещины, ее до-критический рост и долом. Поскольку первые два периода — определяющие, то именно на их изучении было сосредоточено основное внимание исследователей, причем раскрытию механизма и закономерностей роста усталостной трещины уделялось больше внимания, чем изучению начальной стадии разрушения, хотя она во многих случаях может определять долговечность детали. Что же касается влияния поверхностно-активных и коррозионных сред на кинетику усталостного разрушения металлов, то в силу сложности протекающих процессов этот вопрос не получил еще достаточного развития, а имеющиеся в литературе данные зачастую противоречивы. [c.76]

На стадии циклического упрочнения появляются первые микротрещины размером 1 мкм за счет накопления несовершенств кристаллической решетки (дислокаций, вакансий) и их движения к фаницам зерен. Эта стадия характеризуется множественными перемещениями дислокаций, повышением их плотности, формированием самоорганизующихся дислокационных структур и упрочнением материала. Стадия циклического упрочнения заканчивается достижением линии необратимой повреждаемости (линии Френча), на которой размер микротрещин сопоставим с размерами зерен материала. Этим заканчивается период зарождения усталостных трещин. [c.22]

Для экспериментального анализа и обобщения данных о периоде зарождения усталостных трещин на соответствующих испытательных образцах необходимо знать напряженно-деформи-рованное состояние в окрестности надреза и у вершины короткой [c.164]

Дальнейшее развитие представлений о периодичности и стадийности процессов накоплений повреждений в области многоцикловой усталости в работах [20, 21], показало, что весь процесс усталости металлических материалов по аналогии с деформированием при статическом растяжении можно разделить на два периода зарождения усталостных трещин и распространения усталостных трещин. Впоследствии мы будем рассматривать закономерности усталостного разрушения в основном в области многоцикловой усталости, хотя при рассмотрении многих аспектов проблемы многоцикловой и малоцикловой усталости бывает разделить трудно. [c.49]

Описанные выше стадии периода зарождения усталостных трещин наиболее характерны для ОЦК-металлов, имеющих физический предел текучести при статическом растяжении, и металлов и сплавов с другими типами кристаллических решеток, когда у них предел текучести проявляется (известно, что физический предел текучести наблюдается при определенных условиях практически у всех металлов и сплавов с любым типом кристаллической решетки). Эти стадии хорошо выявляются в условиях нагружения с постоянной общей (упругой и пластической) амплитудой деформации за цикл, В случае испытаний с постоянной амплитудой пластической деформации за цикл и металличе- [c.52]

На первых двух стадиях периода зарождения усталостных трещин, которые были рассмотрены выше, хотя и происходят из- [c.82]

Период зарождения усталостных трещин 3 — - Квант разрушения 5.10 мм [c.121]

Для анализа теорий физического предела выносливости важны процессы, происходящие в периоде зарождения усталостных трещин (деформационное упрочнение/разупрочнение, структурные и фазовые изменения, механизмы зарождения микротрещин, условия нераспространения малых усталостных трещин при напряжении, равном пределу выносливости). [c.156]

Исследованиями изломов разрушенных образцов показано, что зарождение усталостных трещин происходит от вершин хрупких трещин, которые были первоначально сформированы в материале при нанесении повреждения при электроискровом разряде (рис. 10.15). На этапе роста трещины в изломе были сформированы преимущественно усталостные бороздки. В результате измерений шага усталостных бороздок по длине установлено, что период роста усталостной трещины зависит от геометрии образца. В образцах сечением 14 X 8 мм и 20 X 14 мм период роста трещины составил 10000 и 30000 циклов соответственно (рис. 10.16). Геометрия диска в большей мере соответствует большему сечению образцов. Поэтому есть основания считать, что при существенно меньшем уровне эксплуатационного напряжения в диске период роста усталостной трещины по числу циклов нагружения будет более чем в (700/500) = 2 раза превышать период роста трещины в образцах с максимальной площадью сечения. Использована вторая степень зависимости числа циклов нагружения от уровня напряжения для кривой Веллера. [c.559]

Рассмотренный комплекс исследований и расчеты периода распространения усталостной трещины в диске и дефлекторе турбины двигателя НК-8-2у на основании синергетического анализа последовательности процессов разрушения материала и единой кинетической кривой свидетельствуют о том, что в существующий межремонтный период эксплуатации двигателя стартующая от повреждений трещина не достигнет своего предельного размера при минимальной величине вязкости разрушения, которая при температуре 400 С составила 219 кг/мм . Следовательно, полученные сведения о периоде роста трещины в циклах и по числу усталостных бороздок нужно относить к долговечности и периоду роста трещин в дисках в полетах. Итак, при наличии пропущенного в ремонте повреждения поверхности диска его работа в составе двигателя будет реализована по критерию безопасного повреждения в межремонтный период эксплуатации, который не превышает 4000 полетов. Более того, поскольку период зарождения трещины от дефекта составляет несколько сотен тысяч циклов, безопасная эксплуатация диска обеспечивается даже при повторном пропуске дефекта диска в следующем ремонте. [c.564]

Сделанная оценка не противоречит классическим представлениям о соотношении между периодом зарождения и ростом трещин в области многоцикловой усталости. Для гладкой поверхности на пороге усталости период роста трещины составляет до 10 % от общей долговечности образца. По мере возрастания концентрации нагрузки доля периода роста трещины относительно всей долговечности возрастает и может составлять 100 % при статическом надрыве материала. В нашем случае наработка лопатки составила 886 полетов при многоцикловом разрушении. Если предположить, что трещина зародилась естественным путем в лопатке, период роста трещины составляет около 35 %. Эта оценка минимум в 3 раза завышена по отношению к указанным выше известным данным о соотношении между периодом роста трещины и полной долговечностью. Следовательно, именно коррозионное растрескивание материала вызвало существенное снижение усталостной прочности лопатки (в несколько раз) на этапе зарождения усталостной трещины и привело к ее преждевременному разрушению. [c.579]

Трещины в лопатках двигателя НК-8-4 зарождались на расстоянии 121-177 мм от подошвы замка, а двигателя НК-8-2у — на расстоянии 1 OS-165 мм. Это могло сказаться в рассеянии наработки лопаток к моменту образования усталостных трещин, с учетом того факта, что период роста усталостной трещины пренебрежимо мал по сравнению с периодом зарождения трещины (менее 10 %). Выполненный анализ показал, что наработка лопаток на момент обнаружения трещин и/или к моменту разрушения лопаток не зависит от места за- [c.618]

По условиям работы ЗК главного редуктора наработка рассмотренных колес на момент их разрушения составила 2,25 10 и 3,1 10 циклов соответственно для более короткого и продолжительного периода роста трещины. Средняя продолжительность полета вертолета Ми-8 составляет 0,38 ч. Следовательно, период распространения усталостных трещин составил 45,6 и 53,5 ч для ЗК с наработкой в эксплуатации 4496 и 6242 ч соответственно. При прочих равных условиях, которые соответствуют неизменным условиям нагружения ЗК от одного редуктора к другому, увеличение размера концентратора снижает одновременно период зарождения и роста трещины. Это сопровождается возрастанием относительной живучести (см. главу 1). Представленная оценка периода роста трещины не противоречит этой закономерности. [c.687]

Оценка периода роста усталостной трещины с учетом предполагаемого нагружения гидроцилиндров свидетельствует о том, что даже на этапе роста трещины при формировании усталостных бороздок на длине более 1 мм от очага разрушения количество полетов (четыре нагружения в цик.яе ЗВЗ формируют четыре усталостные бороздки) составляет для рассматриваемых гидроцилиндров соответственно 7500 и 8000. Это более чем в 5 раз превышает количество полетных циклов нагружения, которые гидроцилиндры испытали в процессе эксплуатации из условия их нормального функционирования. Применительно к гидроцилиндру № 4 указанное расхождение превышает 20 раз. Помимо того, следует иметь в виду, что длительность распространения трещины на начальном этапе до формирования усталостных бороздок не оценивалась. Не было проведено оценки наличия инкубационного периода до зарождения усталостной трещины, а также факта зарождения трещины сначала от одного отверстия к другому. С учетом этого становится очевидным, что предполагаемая частота нагружения гидроцилиндров ниже реально реализуемой и может отличаться от нее на один-два порядка. [c.757]

С в течение 24 ч круглых образцов, изготовленных из JIS SK5 (С — 0,85 % Si — 0,24 % Мп — 0,37 % — остальное феррит), перед их циклической нагрузкой показало следующее [7]. При возрастании степени предварительной деформации на все сечение в результате монотонного растяжения имеет место последовательное возрастание долговечности и периода роста трещины. Причем для разных длин усталостной трещины, которые фиксировались для определения момента зарождения усталостной трещины, имело место однородное возрастание длительности циклического нагружения при возрастании уровня предварительной деформации (рис. 14.26). [c.766]

Главный вывод, полученный в этом исследовании и основанный на экспериментально установленном факте, что поверхностный наклеп оказывает гораздо большее влияние на период развития усталостной трещины, чем на период зарождения трещины, состоит в следующем. Практически все поверхностно-упроч-ненные наклепом детали работают, имея в зонах концентрации напряжений нераспространяющиеся усталостные трещины, т. е. ППД увеличивает сопротивление усталости сталей (и других машиностроительных материалов) в основном в результате торможения развития усталостных трещин, превращая их в широком интервале напряжений в нераспространяющиеся. [c.151]

Таким образом, в случае, когда вся кривая усталости расположена в малоцикловой области, по-видимому, процесс усталостного разрушения в основном связан с зарождением усталостной трещины, так как период распространения усталостных трещин в высокопрочных и охрупченных металлических материалах чрезвычайно короток. Кроме того, из приведенных данных следует вывод о том, что существует минимальное критическое число циклов на уровне предела выносливости, необходимое для разрушения. И это минимальное критическое число циклов, которое можно обозначить как (см. рис. 1.13), находится в диапазоне 2 циклов нагружения и связано в основном с зарождением трещины. [c.17]

Обобщенная диаграмма многоцикловой усталости, представленная на рис. 2.10 [23, 24], отражает основные закономерности накопления повреждаемости в основных периодах и стадиях процесса усталостного разрушения металлических материалов, имеющих на кривой статического растяжения физический предел текучести. В диапазоне циклических напряжений от O /e до 0 весь процесс усталости в зависимости от числа циклов нагружения можно разделить на два основных периода (по аналогии со стадийностью процессов пластической деформации и разрушения при статическом нагружении [22]) зарождения усталостных трещин и распространения усталостных трещин (заштрихованная область на рис. 2.10). [c.49]

Эти стадии хорошо выявляются в условиях нагружения с постоянной общей (упругой и пластической) амплитудой деформации за цикл. В случае испытаггий только с постоянной амплитудой пластической деформации за цикл металлических материалов, не имеющих физического предела текучести, период зарождения усталостных трещин может сразу начинаться со стадии деформационного упрочнения или разупрочнения. Кроме того, для выяв- [c.19]

Какие стадии свойечвенны периоду зарождения усталостных трещин [c.99]

Какие процессы изменения структуры протекают в мечалличееких материалах в периоде зарождения усталостных трещин [c.99]

Исследования литейного алюминиевого сплава Al-Mg-Si (6082) со средним размером зерна 155 мкм путем изгиба образцов 7x12x60 мм были проведены для сопоставления влияния состояния поверхности образцов на длительность периода роста усталостных трещин [101]. Были испытаны образцы с поверхностью непосредственно после литья (S ) и с полированной поверхностью (SP). Полировку осуществляли в две стадии шлифовкой пастой с размером абразива 3 мкм и затем электрополировкой. Изучение зоны зарождения усталостной трещины при последовательной наработке в испытаниях образцов показало, что период роста трещины до достижения длины на поверхности около 100 мкм составил 35-65 % для полированных и 2-10 % для неполированных образцов. Поэтому были проведены расчеты периода роста трещин по формуле механики разрушения от их начальных размеров 6 и 45 мкм до критической длины а . = 3 мм. Оказалось, что для долговечности образцов (2-3)-10 циклов имеет место почти совпадение расчета периода роста трещины с полной долговечностью (рис. 1.19). Далее наблюдается все большее расхождение расчетного периода роста трещины и долговечности образцов. Фактически для гладкой поверхности образца независимо от степени ее поврежденности (полированная и неполированная поверхность) имеет место резкая смена в условиях зарождения и роста трещины в районе длительности нагружения 10 циклов. Меньшие долговечности отвечают области малоцикловой усталости, и для нее весь период циклического нагружения связан с развитием усталостной трещины. Большие долговечности связаны с постепенным возрастанием периода зарождения усталостной трещины. [c.58]

В области МНЦУ при регулярном синусоидальном нагружении период зарождения усталостных трещин составляет около 90 % от общей долговечности [84] и может несколько меняться в зависимости от параметров структуры материала. Когда чувствительность к межфазовым границам не проявляется, трещины в Ti-сплавах с пластинчатой структурой зарождаются вдоль а -пластин в базисной плоскости, наиболее благоприятно ориентированной к направлению действия максимальных касательных напряжений или под небольшим углом (около 14°) к ним [85]. Очаг раз- [c.362]

Процесс разрушения при усталости металлических деталей состоит из зарождения и распространения усталостных трещин. Период зарождения усталостных трещин состоит, в свою очередь, из циклических микро-и макротекучести и упрочнения. [c.22]

Стадии циклической микротекучести и циклической текучести 5 арактерны для металлов и сплавов, имеющих физический предел текучести, и их можно изучать при определенной методике усталостных испытаний. Для металлических материалов, не имеющих физического предела текучести, усталостный процесс начинается с кратковременной стадии циклической микротекучести (которая часто протекает в процессе вывода испытательной машины на заданную амплитуду нагружения), а затем следует стадия циклического деформационного упрочнения (разупрочнения), Эту стадию следует рассматривать как конкуренцию двух кинетических процессов пластической деформации и разрушения (по терминологии И. А. Одинга - упрочнения и разупрочнения). Поэтому в области циклического упрочнения (третья стадия в периоде зарождения усталостных трещин, см. рис. 2.10) пунктирной линией отмечено геометрическое место точек, соответствующих началу появления поверхностных субмикротрещин размером 1-3 мкм. Склонность металлических материалов к циклическому упрочнению или разупрочнению определяется отношением предела прочности к условному пределу текучести. Известно, что все материалы с Ов/ о,2 < 1Д разупроч-няются при циклическом деформировании, тогда как материалы, для которых ав/сТо 2 = 1>4 и выше, циклически упрочняются. При 1,2 < Ов/с о.2 >1.4 может происходить либо упрочнение, либо разупрочнение. [c.82]

На рис. 4,9 представлена первая (припороговая) стадия РУТ, а в табл. 4.1 схема процессов, происходящих на этой стадии (применительно к ОЦК мета Лам и сплавам), составленная с учетом работ [5,19,20]. На этой схеме АК условный пороговый коэффициент интенсивности напряжений для малых трещин. Этот критерий относится к периоду зарождения усталостной трещины. Согласно Дж. Лэнкфорду [48] на ранних стадиях развития трещины ее скорость соизмерима с продвижением трещины на один параметр кристаллической решетки. Эффект закрытия усталостной трещины играет заметную роль на этой стадии РУТ. [c.122]

Рис. 26. Схема роста усталостной трещины в образцах железа в первом периоде усталости (а) и фрактографическая картина зарождения усталостных трещин в малоперлитной стали Мп - N6 - V (б), в техническом железе (в) и молибденовом сплаве ЦМ - 10 (г)

Упрочняющая поверхностная обработка деталей является одним из способов увеличения периода зарождения трещин при циклическом нагружении различных элементов конструкции. При такой обработке создаются остаточные сжимающие напряжения в поверхностном слое материала, что приводит к существенному повышению длительности периода зарождения усталостных трепщн в элементах авиационных конструкций. Это типичная ситуация для поверхности стоек шасси ВС, изготавливаемых из высокопрочных сталей, и лонжеронов лопастей несущих винтов вертолетов, изготавливаемых из алюминиевого сплава АВТ и стали ЗОХГСА. Поверхностная обработка влияет на перераспределение соотношения между длительностями периода распространения трещины и долговечностью. [c.65]

Диски компрессоров из двухфазовых (а + 3 ) Ti-сплавов обьгано имеют пластинчатую структуру, но встречается также смешанная пластинчато-глобулярная (равноосная) структура с доминированием пластин и фрагментами глобулей. Наличие развитых межфазных границ играет решающую роль в зарождении усталостных трещин в таких сплавах, и соотношение размеров элементов двухфазовой структуры может сзтцественно повлиять на длительность периода зарождения трещины и ее кинетику. [c.360]

В пределах выявленных повреждений глубиной около 0,15 мм с растрескиванием материала по границам зерен диски могут отрабатывать в эксплуатации до 2500 ч без зарождения усталостных трещин. Этот вывод основан на результатах проведенных стендовых испытаний образца из диска с указанной наработкой. Помимо того, как показано выше, усталостные трещины отсутствуют в дисках и при более интенсивных растрескиваниях материала на глубпну до 0,4 мм в зоне электроискрового повреждения. В этом случае диск отработал в эксплуатации около 3000 ч. Поскольку период роста трещины МЦУ при указанной наработке составляет не менее 50 % от общей долговечности, то можно утверждать, что двигатели с минимальной наработкой 4000 ч и повреждениями до 0,4 мм могут дальше эксплуатироваться по критерию "период роста усталостной трещины", который обеспечивает безопасную эксплуатацию дисков без разрушения в существующий межремонтный период. [c.561]

Исследование закономерностей усталостного разрушения металлов показало, что длительность периода развития усталостных трещин может составлять основную часть общей долговечности образца. Известно, что отношение числа циклов, необходимых для зарождения трещины, к числу циклов распространения трещины до разрушения образца зависит от механических свойств материала и уровня амплитуды напряжения. С повышением амплитуды напряжения это соотношение понижается и в малоцикловой области числом циклов, необходимым для зарождения трещины, можно пренебречь, Прямые наблюдения развития микротрещииы при циклическом нагружении металлов позволяют высказать гипотезу о возникновении трещин критической длины в конце стадии зарождения, которой соответствует число циклов на экспериментально определенной линии повреждаемости (линия Френча). Трещины критической длины возникают также при нагружении исследуемых металлов с амплитудой напряжения, равной пределу усталости. При определенных условиях они являются нераспространяющимися трещинами и определяют предел усталости металлов с точки зрения механики разрушения. [c.14]

Выше было показано, что в процессе циклического деформирования металлы и сплавы испытывают сложные изменения дислокационных структур, которые ведут к локализации пластической деформации и в результате которых зарождаются малые (короткие) усталостные трещины. Период зарождения усталостных микротрещин составляет более 80% от общей долговечности до разрушения как при малоцикловой, так и при многоцикловой усталости. Часто наблюдается множественное трещино-образование, обусловленное наличием высокой плотности возможных мест зарождения трещин и наличием границ раздела (границ зерен, двойников или фаз), которые действуют как ми-кроструктурные барьеры для распространения трещины. Из [c.100]

В работе [109] изучали закономерности накопления микротрещин на образцах из углеродистой стали (0,43С 0,15Si 0,64Мп 0,01Р 0,0068 ост. Fe, вес.%) на стадии в период зарождения усталостных микротрещин. Материал имел ферритно-пер-литную структуру со средним размером зерна 20 мкм. Долговечность до разрушения образцов из этой стали при напряжении выше предела вьшосливости имела достаточно большой разброс. Размер фиксированных микротрещин составлял 30 мкм при 50% от ожидаемой долговечности. Повреждаемость в процессе усталости (предел выносливости составлял 430 МПа) оценивалась по двум критериям плотности микротрещин на мм2 и общей длины трещины мм/мм . Полученные результаты исследований представлены на рис. 3.37 и 3.38. Видно, что при одном и том же уровне циклического напряжения большая плотность микротрещин наблюдается у образца, который простоял большее число циклов. Плотность микротрещин также выше при большем уровне циклического напряжения (см. рис. 3.37). Общая длина микротрещин на мм также возрастает с увеличением [c.103]

В настоящее время ясно, что закономерности РУТ связаны с процессами, происходящими в зоне пластической деформации у вершины трещины. Изменение размеров зоны пластической деформации у вершины усталостной трещины на первой и второй стадиях периода распространения трещины во взаимосвязи со структурным состоянием материала хорошо иллюстрирует рис. 4.19. В этой зоне пластической деформации распространяющейся трещины происходит вторичная эволюция дислокационной структуры сформированной в периоде зарождения усталостных микротрещин. Так, непосредственно у кончика трещины, в ряде случаев обнаружена небольшая бездислокационная зона (например, у образцов из Мо и W), размер которой превышает среднее расстояние между дислокациями в пластической зоне [56, 57]. При большом удалении от вершины трещины наблюдаются дислокационные скопления, появление которых предсказывает теоретическая модель Билби-Коттрелла-Свиндена (B S-теория) [58] Они связаны с зарождением сдвиговых трещин [28, 56, 58]. При циклическом деформировании фольги из железа, непосредственно у вершины трещины, была обнаружена зона с мелкоячеистой субструктурой с размером ячеек 0,2-0,3 мкм, а на расстоянии от вершины трещины 20 мкм раз- [c.134]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...