Механизмы формирования усталостных бороздок

МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ УСТАЛОСТНЫХ БОРОЗДОК [c.161]

Таким образом, полученные закономерности формирования сигналов АЭ позволяют сделать следующее обобщение закономерностей протекания процессов деформации и разрушения материала при развитии трещины, когда вдоль всего ее фронта реализуется механизм формирования усталостных бороздок [148] [c.167]

Форма профиля усталостных бороздок была исследована на образцах из алюминиевого сплава 2017-Т4, испытанных при разной асимметрии цикла нагружения [158]. Профили усталостных бороздок были получены по специальной технологии, в которой был реализован их срез в плоскости перпендикулярно излому (рис. 3.34). На представленном рисунке дана схема выявленных ориентировок полос скольжения в плоскости среза. Очевидно, что ориентировка полос скольжения указывает на процесс формирования усталостных бороздок в результате ротаций объемов материала от вершины трещины, как это было рассмотрено выше. Существенно подчеркнуть, что в рассматриваемой работе механизм формирования усталостных бороздок не обсуждался. [c.177]

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]

Во втором слз ае нагружения материала в области выше критических условий влияние изменения частоты нагружения, выдержки под нагрузкой и температуры не изменяет механизма формирования усталостных бороздок. С увеличением температуры их шаг нарастает в связи с различными процессами разрастания затупления вершины или нарастанием пор перед вершиной (см. рис. 7.12). Однако их количество полностью характеризует количество циклов нагружения образца, а следовательно, и разрушенного в эксплуатации элемента конструкции. Поэтому оценка длительности роста усталостных трещин по числу усталостных бороздок является корректной для практики. В этом случае может быть проведена оценка уровня эквивалентной деформации или напряжения по соотношениям, представленным в главе 4 настоящей книги. Решение прямой задачи моделирования роста трещин в условиях многофакторного воздействия оказывается более сложной проблемой. Необходимо использовать вид уравнения с различной величиной показателя степени у длины трещины на основе испытания образцов для различных материалов. [c.359]

Выявленная морфология рельефа с усталостными бороздками свидетельствует о том, что при относительно умеренной температурной напряженности дисков механизм межзеренного разрушения подавлен внутризеренными процессами разрушения и скольжения. Внутризеренное скольжение вызывает интенсивное растрескивание материала и препятствует реализации механизма формирования усталостных бороздок, что отражается в сочетании элементов рельефа ввиду усталостных бороздок и растрескиваний излома. [c.545]

Сохранение ведущего механизма формирования усталостных бороздок и эквидистантный характер смещения кинетических кривых позволили использовать соотношение (12.5) для определения величин поправочной функции F(of). Предварительно была проведена обработка экспериментальных данных при одноосном пульсирующем цикле нафужения исследованного сплава. При этом использованы экспериментально определенные значения комплекса, являющегося одной из констант единой кинетической кривой [c.653]

Нагружение материала ЗК с частотами в несколько тысяч герц связано с возрастанием скорости изменения нагрузки в цикле, которая может стать соизмерима со скоростями ударного нагружения материала. Процессы релаксации подводимой энергии в цикле нагружения к материалу не успевают проявить себя в полной мере при высокой скорости деформации. Применительно к пластичным материалам влияние возрастания скорости деформации на развитие усталостных трещин выражено в подавлении механизма формирования усталостных бороздок, типичного для низкочастотной области нагружения (см. главу 6). [c.681]

Кинетические кривые, построенные по шагу усталостных бороздок для различных значений X (рис. 78), полностью совпали. Этот результат свидетельствует о том, что влияние второй составляющей нагружения на кинетику сквозных усталостных трещин выражается в эквидистантном смещении кинетических кривых. Использование соответствующей поправочной функции на влияние двухосного нагружения позволило свести все полученные кинетические кривые к единой кривой, полученной с использованием представления о подобии процесса усталостного разрушения при реализации механизма формирования усталостных бороздок. [c.155]

Программные испытания с использованием маркерных режимов показывают [163, 164, 112, 245 и др.], что на всех этапах роста трещины усталостные бороздки формируются в каждом цикле приложения нагрузок. Это явилось основанием для объяснения механизма формирования усталостных бороздок в каждом цикле приложения нагрузок [246]. [c.192]

Используя вышеприведенные обоснования того, что некоторые профили усталостных бороздок характерны для финальной части стабильного роста трещины, а также другие признаки процессов деформации разрушения материала с разной интенсивностью, можно провести предварительную селекцию профилей бороздок (механизмов разрушения материала) и отнести к начальной или конечной фазе развития трещины на II стадии. Это вполне обосновано в том случае, когда точного профиля бороздки нет, а есть только морщинистая поверхность [135, 142], отвечающая процессу затупления вершины трещины. Вместе с тем, хотя пластическое затупление типично для нагружения материала при положительной асимметрии цикла, оно не наблюдается в слз ае циклов с высокой отрицательной асимметрией, когда минимальное напряжение цикла отрицательно по знаку и является сжимающим [140]. Переход от пульсирующего цикла нагружения к асимметричному циклу со сжимающим напряжением не меняет треугольной формы профиля бороздки с гладкой поверхностью, но сама величина шага возрастает при указанном переходе. Причем наиболее значительное возрастание имеет именно та часть профиля бороздки, которая обращена к предыдущей бороздке, сформированной при пульсирующем цикле нагружения. Такая ситуация при формировании усталостных бороздок может быть объяснена только в том случае, если принять во внимание возможность формирования части профиля усталостных бороздок на нисходящей ветви нагрузки (в полу-цикле разгрузки материала). [c.165]

Несомненно, наблюдается возрастание шероховатости рельефа излома в области формирования усталостных бороздок с шагом более 1 мкм. Оно происходит именно из-за эффекта пластического затупления вершины трещины. Пластическое затупление не может быть компенсировано на нисходящей ветви нагрузки, и последовательно формирующиеся усталостные бороздки все более удаляются от (условно) первоначально расположенной горизонтальной плоскости. Затупление имеет свои офаничения по высоте профиля в связи с вязкостью разрушения материала, и поэтому долго по длине трещины этот процесс не может быть реализован. Именно этим и объясняется ограничение максимально возможной величины шага усталостных бороздок, которая может быть сформирована в материале на стадии стабильного роста трещины. После затупления трещины материал в локальной зоне упрочняется, и это позволяет осуществить ротационный эффект формирования профиля бороздки на нисходящей ветви. Критическое затупление переходит к страгиванию трещины по механизму статического проскальзывания, и формирование профиля усталостной бороздки оказывается уже невозможным. [c.219]

Вместе с тем выполненные в последуюшем измерения высоты и шага усталостных бороздок в туннельном микроскопе показали, что соотношение между высотой и шагом (шириной) усталостной бороздки не зависит от асимметрии цикла нагружения [24]. Из этого следует, что формирование усталостных бороздок отвечает единому механизму разрушения материала в определенном диапазоне интенсивности напряженного состояния материала независимо от способа реализованного внешнего циклического воздействия. Несоответствие результатов исследований двух указанных работ [23] и [24] должно быть отнесено за счет методических особенностей приготовления шлифов для определения профиля усталостных бороздок в работе [23]. [c.295]

Итак, при высокой асимметрии цикла нагружения, в пределах одного механизма разрушения материала без формирования усталостных бороздок, одинаковые кинетические параметры процесса роста трещины можно реализовать при разных параметрах цикла внешнего воздействия. Это полностью согласуется с представленными выше данными о подобии кинетики усталостных трещин при различном сочетании параметров цикла нагружения применительно к формированию усталостных бороздок. [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]

Развитие усталостных трещин в алюминиевых элементах авиационных конструкций в условиях агрессивного воздействия окружающей среды происходит по границам зерен и смешанно — по телу и по границам зерен [42, 133-138]. Снижение частоты нагружения, добавление выдержки с постоянной нагрузкой, повышение асимметрии цикла (все факторы в целом и каждый в отдельности) вызывают увеличение скорости роста трещин. Однако это не означает, что во всех случаях утрачивается основной механизм развития усталостных трещин, присущий алюминиевым сплавам, связанный с формированием усталостных бороздок. [c.389]

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]

На основе по.71ученных кинетических кривых (рис. 7.24) можно сделать вывод, что с введением указанных выше поправок на влияние выдержки под нагрузкой все кинетические кривые группируются вокруг единой кинетической кривой. При усталостном разрушении материала не только по механизму формирования усталостных бороздок для перехода от шага бороздок к СРТ надо использовать среднюю величину упомянутого выше коэффициента. В этом случае разбросы величин шага бороздок и СРТ совпадают между собой, а единая кинетическая кривая находится внутри этих интервалов. [c.376]

В зоне II последующего роста трещины (см. рис. 10.76 , в) доминируют только фасетки излома со ступеньками от процесса интенсивного внутри-зеренного скольжения и едва выраженными j ia T-ками ямочного рельефа. Причем глубина ямок очень мала. Дискретный переход ко второй стадии роста трещины связан с подавлением механизма формирования усталостных бороздок и доминированием внутри- и межзеренного скольжения. Это еще одно свидетельство быстрого по времени протекания процессов внутризеренного скольжения, которые не приводят к доминированию межзеренного повреждения материала. [c.545]

Таким образом, несовпадение макро- и микроскорости роста усталостных трещин следует связывать не с механизмом формирования усталостных бороздок в цикле нагружения, а с условиями протекания пластической деформации и разрушения металла вдоль фронта трещины [252]. Чем значительней эффекты макро- и микротуннелирования трещины, а также процесс формирования сферические частиц, тем больше различаются скорости развития трещины на одинаковом расстоянии от очага разрушения в средних слоях металла и вдоль боковой поверхности. Используемые при расчетах АД длины трещин характеризуют осредненно разрушение материала на рассматриваемой длине трещины, что отвечает средней скорости роста трещины на поверхности образца. С учетом эффекта макротуннелирования усталостной трещины номограмма величин шага усталостных бороздок в зависимости от ширины и толщины образца позволяет проводить соответствующую корректировку длины трещины (рис. 91), которую используют для расчета коэффициента интенсивности напряжений при построении кинетических диаграмм применительно к конкретной точке фронта трещины. [c.194]

Кроме этого, указанный выш подход к определению периода роста трещины по числу усталостных бороздок относится к режиму нагружения детали, близкому к стационарному, когда частота изменения внешней нагрузки является умереннрй. При нестационарном режиме нагружения детали в результате взаимногб влияния нагрузок происходит торможение и даже временная остановка треш,ины, что дает существенно заниженную оценку длительности роста трещины в циклах по числу усталостных бороздок. В случае усталостного разрушения деталей под воздействием высокочастотных вибрационных нагрузок оценка длительности развития трещин вообще невозможна, так как при этих условиях рост усталостной трещины не сопровождается формированием усталостных бороздок в изломе. Возможны другие ситуации, когда при циклическом нагружении детали из сплава, для которого характерно формирование усталостных бороздок на образце, в результате сочетания эксплуатационных факторов, определяющих условия нагружения, механизм формирования усталостных бороздок определяет либо часть этапа роста трещины либо отдельные этапы разрушения. [c.264]

Начальное развитие усталостной трещины при низкой асимметрии цикла сопровождалось формированием усталостных бороздок, а переход к высокой асимметрии цикла более 0,8 вызывал смену механизма разрущения, что выражалось в формировании псевдобороздчатого рельефа излома без усталостных бороздок. При этом развитие трещины происходило по плоскостям скольжения путем пересечения пластинчатой структуры. Однако формирования фасеточного рельефа излома (межфазовое разрушение), который характеризует чувствительность материала к условиям его нагружения, не происходило. [c.303]

Применительно к Ti-сплавам влияние окружающей среды также выражено в увеличении СРТ [128-132]. Механизмы охрупчивания материала, связанные с проникновением водорода у вершины трещины, в большей степени аналогичны механизмам влияния окружающей среды на рост трещины в сталях. Особенно заметными они становятся в случае длительной выдержки материала под нагрузкой в условиях эксплуатации, что характерно для дисков компрессоров двигателей. Однако, как было показано в предыдущих разделах, необходимо зачитывать чувствительность структуры материала по границам пластинчатой, глобулярной или моноструктуры после изготовления детали на выдержку его под нагрузкой, а уже затем давать оценку роли окружающей среды в кинетике трещин. Очевидно, что для структурно чувствительных к выдержке под нагрузкой Ti-сплавов роль окружающей среды в кинетике трещин может оказаться значительной. Применительно к сплавам, не чувствительным к выдержке под нагрузкой, рост трещин сопровождается формированием усталостных бороздок, которые наблюдают даже в вакууме [131]. [c.389]

Применительно к магниевым сплавам, из которых изготавливают несиловые элементы авиационных конструкций, усталостные разрушения на воздухе деталей в условиях эксплуатации сопровождаются сильным окислением излома. Исследования этих сплавов на воздухе и в вакз ме показали, что усталостные бороздки формируются в изломе магниевых сплавов в вакууме, тогда как на воздухе они не формируются [139-141]. Этот эффект обусловлен тем, что процесс окисления материала на воздухе даже без активного воздействия на материа.л в вершине трещины продуктов распада в виде кислорода, водорода и прочее вызывает резкое изменение механизма разрушения. Отсутствие окислительной среды позволяет реализовать процесс ротационной пластической деформации при развитии трещины, что приводит к формированию усталостных бороздок в вакууме. [c.390]

Рис. 7.39. Карта областей разрушения металлов в агрессивной среде при разной асимметрии цикла с механизмами, отвечающими начальной стадии роста трещины и области формирования усталостных бороздок, с учетом пороговой величины Kis

При увеличении уровня напряжения в каждом последующем цикле нагружения по сравнению с предыдущим циклом процесс формирования усталостных бороздок сопровождается образованием "зоны вытягивания" материала, чему подробное внимание было уделено в главе 3. На начальном этапе возрастания нагрузки в пределах интервала точка 1-точка 2 (см. рис. 3.35) происходит возрастание упругого раскрытия усталостной трещины. При дальнейшем росте нагрузки в цикле (точка 2-точка 3) вследствие пластической деформации происходит вытяжка материала у вершины трещины и ее затупление. При превышении критического коэффициента интенсивности напряжения произойдет статический надрыв материала у вершины трещины и увеличение ее длины осуществится за счет статического проскальзывания. Если величина критического коэффициента интенсивности напряжения не достигнута и напряжение цикла уменьшается (от точки 3 до точки 4), то происходит формирование усталостной бороздки по традиционному механизму ротационной неустойчивости материала. При этом трещина может продолжить дальнейшее продвижение от вершин каскада мезотуннелей затупленной вершины, что будет влиять на размер "зоны вытягивания", наблюдаемой на поверхности излома и на разброс результатов измерений ее размера. [c.442]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...