Термическая и термомеханическая усталость

Чтобы обеспечить необходимую стойкость инструмента, стали для горячего деформирования должны иметь 1) теплостойкость, обеспечивающую необходимое сопротивление пластической деформации (предел текучести, твердость) для сохранения формы гравюры при рабочих температурах 2) вязкость, особенно при работе с динамическими нагрузками 3) износостойкость 4) разгаростойкость, т. е. сопротивление термической и термомеханической усталости 5) окали-ностойкость, определяющую скорость окислительного износа, особенно выше 600 С 6) прокаливаемость для достижения равнопрочности по сечению. [c.655]

При исследовании малоцикловой усталости термически и механически высоконагруженных элементов конструкций важно установить закономерности циклического упругопластического деформирования и малоциклового разрушения конструкционных материалов, а также критерии прочности для различных модельных режимов термомеханического нагружения, имитирующих соответствующие циклы температуры и нагрузки, реализующиеся в наиболее нагруженных зонах деталей при эксплуатации. [c.26]

Необходимо подчеркнуть, что с напряжениями, вызванными температурными изменениями, необходимо одновременно анализировать и напряжения, вызываемые массой конструкции, а также окружающей средой. В подобных случаях говорят о термомеханической усталости. Термические напряжения, например, ротора турбины, следует также анализировать вместе с напряжениями от динамических нагрузок, возникающих при больших оборотах. Еще больше проблем возникает при описании явлений в процессах, где существенную роль играет износ при повышенных температурах, например при горячей прокатке, отливке металла во вращающиеся формы или ковке в штампах. [c.8]

Иногда термическую усталость с наложением циклического изменения внешних сил на температурный цикл называют термомеханической усталостью, считая, что при этом добавляются механические напряжения. Усталость такого типа рассматривают отдельно от термической усталости без нагружения дополнитель- ными внешними силами в случае применения машины Коффина с постоянным коэффициентом стеснения деформации. Однако подобное разделение не имеет смысла, если учесть данное выше определение термических напряжений и методику современных испытаний на усталость. Особенности испытаний на усталость в том и другом случае просто описываются различием степени стеснения деформации. Ниже описываются некоторые особенности [7 ] оборудования для испытаний на термическую усталость и методики проведения экспериментов. [c.247]

Необходимость частого пуска и остановок двигателей приводит к возникновению малоцикловой усталости. Ускоренный нагрев авиадвигателей, особенно боевых самолетов, способствует высоким температурным градиентам и термическим напряжениям и, как следствие, термической усталости. Термомеханическая усталость представляет основную причину разрушения рабочих лопаток. [c.578]

Разработка и совершенствование методов испытаний на термическую (термомеханическую) малоцикловую усталость металлов и жаропрочных сплавов имеет существенное значение при получении базовых расчетных характеристик деформирования и разрушения материалов и является основой для оценки несущей способности элементов теплонапряженных и высоконагруженных конструкций обоснования выбора материала конструкций, работающих при термомеханическом и термоусталостном нагружениях прогнозирования долговечности конструкций оценки роли технологических факторов (литья, покрытия и т.п.). [c.127]

Дальнейшее совершенствование методики испытаний на термическую усталость, по-видимому, связано с введением в рассмотренные схемы элемента переменной жесткости, позволяющего осуществлять непрерывное программирование какого-либо параметра термомеханического цикла, но реализуемого за счет термоциклического нагружения [69]. Заслуживает внимания схема, приведенная на рис. 3.5, д i[80]. Система нагружения содержит мембраны 3 переменной жесткости в виде пустотелой пластины, внутрь которой подается воздух под давлением р, обеспечивающий плавное (программированное) регулирование жесткости не только предварительно, в период настройки системы, но и в течение термоциклического испытания. Жесткость защемления образца 1, закрепленного в раме (жесткая шайба 7, колонки 6), дополнительно изменяется с помощью мембраны 3. [c.132]

Стали для горячего деформирования характеризуются повышенными свойствами 1) прочностью (пределом текучести), необходимой для сохранения формы инструмента при высоких давлениях при деформировании 2) теплостойкостью, обеспечивающей сохранение необходимых прочностлых свойств при Hairpese 3) вязкостью для предупреждения поломок и выкрашивания, особенно инструментов, работающих в условиях динамических нагрузок 4) сопротивлением термической и термомеханической усталости (разгаростойкостью) в УСЛО.ВНЯХ циклических нагревов и охлаждения 5) износостойкостью при повышенных температурах 6) окалиностойкостью (если поверхностные слои инструментов нагреваются выше 600°С и особедно 700°С, когда эта характеристика стали в большой степеии определяет износостойкость) 7) теплопроводностью для лучшего отвода тепла, передаваемого деформируемой заготовкой 8) прокаливаемостью, так как многие штампы имеют большие размеры и высокие прочностные свойства должны обеспечиваться по всему сечению. [c.59]

Усталостная прочность имеет важное значение главным образом для лопаток компрессора двигателей. Наибольшее число случаев разрушения лопаток компрессоро , , как правило, связано с усталостью материала. Как и ч-вестно, усталостная прочность зависит от многих факторов и, в частности, от характера макро- и микроструктуры, качества обработки поверхности (чистота поверхности), поверхностного упрочнения, величины и характера остаточных напряжений, а также режимов термической и термомеханической обработки. [c.274]

Термической усталостью называется процесс длительного разрушения, протекающий при периодических теплосменах (термических циклах), но в отсутствие внешних силовых воздействий на рассматриваемый конструкционный элемент, В реальных эксплуатационных условиях эти теплосмены обычно вызывают некоторое переменное поле макроскопических напряжений, которым сопутствует рассмотренная выше механическая усталость материала. Вместе с тем, теплосмены и сами по себе отражаются на механических свойствах металла, в частности, они могут приводить к постепенному снижению сопротивления хрупкому и усталостному разрушению. При отсутствии всяких макроскопических напряжений (например, в условиях свободных температурных деформаций равномерно нагреваемого и охлаждаемого стержня) уже десять—двадцать тысяч термоциклов с размахом температуры в 600—700° могут приводить к растрескиванию некоторых материалов, причем поверхностные трещины видны при небольшом увеличении микроскопа или простым глазом. К этому явлению целесообразно применять недавно возникший термин термоструктурная усталость в отличие от более общего случая стесненных температурных деформаций, который мы будем называть термомеханическая усталость . [c.28]

Чисто усталостные испытания теперь проводят не так широко, как раньше. Применяют испытания по Glenny, при которых термические напряжения воспроизводятся в том же виде, что и в реальных деталях этого достигают с помощью клиновидного образца, позволяющего реализовать различия в скорости нагрева. Правда, напряжения и деформации приходится рассчитывать. Есть стремление к тому, чтобы приспособить методику малоцикловых усталостных испытаний к условиям быстрого нагрева и охлаждения, а затем использовать эти надежно измеренные характеристики долговечности для аттестации реальных деталей. При таком подходе анализ механического и теплового поведения нужно проводить только на детали, но не на образце. И все же испытания на термическую усталость позволяют достаточно просто сравнивать материалы по надежности и улавливать особенности поведения, которые теряются при испытаниях на термомеханическую усталость. Микроструктура клиновых образцов (в 3S8 [c.358]

В технике материалы используются при колеблющихся температурах. В одних случаях температурные колебания невелики и ими пренебрегают. В других — изменения структуры, свойств и размеров материалов настолько значительны, что дальнейшее использование их оказывается невозможным. Накапливаясь от цикла к циклу, эти изменения могут быть причиной преждевременного разрушения. Особенно опасен рост объема металлов, сопровождающийся накоплением пор и трещин. Структурная и размерная стабильность материалов снижается, если на чисто термическое воздействие накладывается влияние механических нагрузок (термомеханическая усталость), взаимодействие с агрессивной средой (термохимическая усталость), облучение частицами (терморадиацпонная усталость). Сопротивление термической усталости является важной характеристикой многих материалов современной техники. [c.3]

Штампован сталь обладает высокими механическими свойствами (прочностью, пластичностью, ударной вязкостью и твердостью) при температурах 300—600 °С, высокой разгаростойко-стью (термомеханической усталостью), препятствующей образованию тре-Ещн на гравюре, высокой теплопроводностью хорошей обрабатываемостью и незначительным короблением при термической и химико-термической обработке. Марку стали подбирают в зависимости от конкретных условий работы штампа и его конструкции. [c.554]

Исследования процесса деформирования [22, 27, 48, 67] свидетельствуют о наличии ряда специфических эффектов, свойственных методике испытаний на термическую усталость это, одной стороны, существенная локализация пластической деформации в наиболее нагретой части образца, и с другой — при более высоких параметрах термомеханического воздействия — интенсивное формоиз1менение [27] (появление ряда гофров ), проявляющееся из-за нестационарности процесса циклического унрутопластического деформирования разных зон образца в связи с возникновением продольного градиента температур. Эти эффекты вызывают значительные трудности в расшифровке действительной картины процесса упругопластического деформирования и вносят существенные пограшности в оценку сопротивления термической усталости. [c.25]

Особенности процесса нагружения материала при испытаниях на термическую усталость заключаются в неизотермичбском характере деформирования и в разнородности повреждений, возникающих в четных и нечетных полуциклах нагружения. В области упругого деформирования неизотермическое нагружение не вызывает изменения диаграммы термомеханического состояния однако при деформациях более 1 —1,5% неизотермическое нагружение приводит к смещению точек поверхности /(о, 8, /)=0, что особенно заметно при циклическом деформировании. Различный характер повреждения материала в течение каждого цикла (от холодного наклепа в зоне с i= imin до процессов достаривания и ползучести в области i = / max) определяет особый ВИД кинетики размаха напряжений при жестком нагружении процессы циклического упрочнения и разупрочнения могут чередоваться в течение срока службы материала. [c.188]

Рациональная термическая обработка существенно повышает сопротивление стали коррозионной усталости. Так, эффективным методом повышения сопротивления среднеуглеродистых сталей периодическому нагружению в агрессивных средах является повер остная закалка токами высокой частоты. Эффективность поверхностной закалки увеличивается с ростом агрессивности сред. Ее защитное действие, с учетом того, что закалка не влияет на коррозионную стойкг>сть сталей, сводится к созданию в металле остаточных сжимающих напряжений [71]. Одним из путей повышения сопротивления сталей мартенситной и тро-остит-мартенситной структуры служит и так называемая термомеханическая обработка (ТМО). Последняя заключается в нагревании стали до Температуры аустенизации, деформировании скручиванием с последующей закалкой в масле и отпуске при температурах 110-450 С. [c.125]

Выносливость образцов определялась построением кривых Велера с базой испытания 7-10 циклов (рис. 123). Образцы, высаженные с последующим сглаживанием, показали повыщение сопротивления усталости по сравнению со щлифованными на 19,6%, а образцы только высаженные — на 12%. Такое повышение сопротивления усталости объясняется термомеханическим упрочнением. Микротвердость поверхности составила 5700... 6200 МПа. Образцы, полученные высадкой, как правило, ломались по верщинам выступов, а высаженные и сглаженные образцы — по впадинам. Это подтверждает наименьщие деформации и термические воздействия в центре выступа и, как следствие, их низкую твердость и прочность после сглаживания этот же поверхностный слой имеет высокое упрочнение и излом происходит по меньщему сечению. [c.154]

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]

Необходимо также помнить и о влиянии поверхностного слоя. В большинстве случаев термическая усталость приводит к образованию трещин, начинающихся в поверхностном слое материала. Большое значение здесь имеет как шероховатость самой поверхности. Так и технологический процесс, формирующий окончательный вид детали. При коррозионном воздействии среды надйе. надрезов, оставшихся после механической обработки, образуются зародыши трещин. Исследования, касающиеся создания благоприятного состояния внутренних напряжений в поверхностном слое, например, с помощью обкатки, не подтвердили их положительного влияния из-за процессов возврата и рекристаллизации структуры. Более целесообразным кажется применение термомеханической обработки, которая существенно изменяет прочностные показатели. Повышение сопротивления термической усталости было достигнуто путем введения в поверхностный слой хрома с помощью диффузионного хромирования [111, 121] или нитроцианирования [121]. Продолжаются,, работы по внедрению других легирующих элементов в поверхностный слой, например бора. [c.88]

Временная концепция накопления п взаимосвязи разных видов повреждений была проанализирована в работе [109] на основании испытаний различных котельных материалов тепловой энергетики в режиме термической усталости. В этих исследованиях были реализованы следующие программы комбинированного термомеханического нагружения при е = 0,75% (табл. 2.2) программы I (рис. 2.30, в) и // (рис. 2.30, г) с однократной сменой стационарного и циклического рел<имов при различной длительности предварительного режима нагружения программа /// с попеременным приложением сравнительно длительных и разных по относительной продолжительности циклической и статической нагрузок (рис. 2.30, д) при фиксированных параметрах процесса (Гтах, е, а) и варьирова- [c.84]

Рассмотренный принцип термомеханического нагружения по-лол<ен в основу конструкции стендов для испытания материалов на термическую усталость с варьируемой жесткостью нагружения (рис. 3.4, в). Ркпытуемый элемент жесткостью i крепят в массивных абсолютно жестких плитах 1 и 2, соединенных элементами жесткостью С<. Степень стеснения деформаций оценивают коэффициентом жесткости нагружения /С=ем/ет, где Sm — механическая упругопластическая деформация нагружаемого элемента ет — термическая деформация, определяемая по уравнению (3.1) при условии равномерного прогрева элемента в течение полуцикла нагрева. [c.129]

К числу первых исследований по малоцикловой прочности при нестационарном нагружении относятся работы МИФИ по термической усталости, выполненные под руководством Я. Б. Фридмана и Н. Д. Соболева. Сочетание режимов однократной смены циклических деформаций А (ер--0,715%), В (ер = 0,48%) и С (sp= = 0,245%) выполнялось на стали Х16Н15МЗБ в заданном режиме термоусталостного нагружения 200. .. 750° С за счет варьирования жесткости нагружения переход с менее повреждающего режима на более повреждающий (В- А) и наоборот (В- С) осуществлялся на разных относительных числах цикла, но одинаковых стадиях работы материала в начальном режиме В йцП 1Мт = 0,3-, 0,5 0,7, где Nju — число циклов до разрушения в начальном режиме при стационарном термоусталостном нагружении. Таким образом, как диапазон деформаций, и температур, так и режимы нестационарности охватывали наиболее представительные условия термомеханического нагружения. [c.193]

Тепловые поля часто являются периодическими. Поэтому для исследователей представляет интерес описание поведения элементов конструкций при повторном действии теплового потока и давления. Мы обсудим только задачи приспособляе-мостп, не затрагивая вопросов термической усталости. Наличие тепловых полей и механических сил, как это имеет место в случае газовых турбин, топливных элементов, сосудов давления и т, д., делает неприменимой классическую теорию предельного равновесия. В данном случае нельзя считать, что нагрузки возрастают пропорционально одному параметру. Кроме того, раздельное воздействие температуры или, нагрузки может вообще не вызвать пластического движения, но изменения температуры при постоянной нагрузке могут вызвать увеличение пластической деформации. Отсюда очевидно значение анализа термомеханической приспособляемости. [c.96]

Из технологических методов для повышения эксплуатационной долговечности широко используются методы поверхностной пластической деформации (ППД). В результате ППД существенно повышается сопротивление усталости деталей, уменьшается отрицательное воздействие различных поверхностных концентраторов напряжений. Но применяемые методы не используют весь резерв прочности материала. Благодаря работам, выполненным научными коллективами под руководством В. Д. Садовского, М. Л. Бернштейна, Д. А. Прокошки-на, А. Г. Рахштадта, А. П. Гуляева, К. Ф. Стародубова, В. С. Ивановой, Л. И. Тушинского, О. Н. Романива и других, разработаны комплексные методы температурно-силового воздействия на металл — термомеханическая (ТМО), механико-термическая (МТО) обработки, [c.3]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...