Влияние коррозионной среды на скорость роста усталостных трещин

ВЛИЯНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СРЕДЫ НА СКОРОСТЬ РОСТА УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН [c.86]

Для многих деталей машин и инженерных конструкций, которые имеют различные поверхностные трещиноподобные дефекты металлургического, технологического или эксплуатационного происхождения, стадия зарождения усталостной трещины может не лимитировать общую длительность процесса разрушения и в этом случае долговечность изделия будет определяться временем роста микротрещины до критических размеров. Изучение закономерности роста усталостных трещин с учетом влияния различных физико-химических факторов позволяет более глубоко понять механизм усталостного разрушения и вскрыть процессы, не выделяемые при испытании гладких образцов. Применение образцов с заранее выведенной трещиной ужесточает условия испытания и позволяет обнаружить влияние даже очень слабо-активных сред. Количественные данные о влиянии коррозионных сред на скорость роста усталостных трещин могут быть использованы для расчетов изделий с трещинами. [c.86]

К разрушениям второго типа, которые могут происходить также при различных схемах нагружения, следует отнести разрушения, для которых критические параметры существенно зависят от времени нагружения в том или ином виде. Типичным примером является разрушение, получившее в литературе название разрушение при взаимодействии ползучести и усталости [240, 341] при циклическом нагружении в определенном температурном интервале долговечность при одной и той же амплитуде деформации зависит от скорости деформирования, значительно уменьшаясь при малых эффективных скоростях деформирования, в частности при циклировании с выдержками. На стадии развития усталостного повреждения также известны многочисленные экспериментальные данные о влиянии частоты нагружения в определенных условиях, особенно в коррозионной среде, на скорость роста усталостных трещин [199, 240, 310, [c.150]

В связи с использованием метода высоковязких наплавок для торможения распространяющихся трещин в лопастях рабочих колес гидротурбин проведены сравнительные исследования влияния проточной водопроводной воды на скорость роста усталостных трещин. Кинетические диаграммы усталости для этого случая представлены кривыми 3 на рис. 5.31. Как и следовало ожидать [34], наличие среды значительно (до 2,2 раз) увеличивает скорость роста трещины в металле основы, но при входе трещины в зону вязкой коррозионно-стойкой наплавки различие между скоростью трещины в воде и на воздухе снижается до 1,2 раза, что обусловлено наличием в сечении перемычки из основного металла шириной 0,25 1. [c.152]

Сопротивление таких кривых, полученных при испытании металла на воздухе и в коррозионной среде (например, воде, паре), дает информацию по влиянию Коррозионной среды на предел выносливости. Однако не всегда такое сопротивление может быть успешно использовано для оценки стойкости металла к коррозионной усталости. Это объясняется тем, что для некоторых металлов определяющую роль в усталостном разрушении играет скорость распределения трещины, а не возникновение первоначального дефекта, из которого она начинает свой рост. Целесообразно в этой связи исследовать развитие усталостной трещины на образцах с предварительно нанесенным надрезом, а данные о влиянии коррозионной усталости представлять в виде зависимостей роста усталостной трещины от интенсивности напряжений. [c.184]

Обстоятельные исследования [172] показывают существенную роль среды на скорость роста трещины на I участке кинетической диаграммы усталостного разрушения. Пороговые амплитудные значения коэффициента интенсивности напряжений в коррозионной среде становятся структурно-чувствительными характеристиками. В табл. 5.6 приведены результаты исследования влияния углерода и температуры отпуска на пороговую трещиностойкость конструкционных сталей. Степень чувствительности сталей к дистиллированной воде оценивали коэффициентов влияния среды [c.268]

Описанные уравнения роста трещин многоцикловой усталости используют также и для оценки долговечности конструкционных элементов, работающих на циклические нагрузки в условиях воздействия агрессивных сред. При этом физико-химические свойства среды, а также условия нагружения, прежде всего такие, как частота и температура металла и среды, отражаются определенным образом на коэффициентах Вит. Имеющиеся в обширной литературе по коррозионной усталости экспериментальные данные о характере этого влияния достаточно разноречивы, причем в любом случае большую роль играют индивидуальные свойства металла и агрессивной среды. По некоторым данным рост трещин под воздействием агрессивной среды ускоряется, по иным данным, наоборот, замедляется, что объясняют образованием защитного слоя из продуктов коррозии, усиленным теплоотводом от зоны местных напряжений перед фронтом трещины в жидких средах и т. п. Однако в целом следует считать, что по мере углубления и расширения коррозионно-усталостных трещин влияние агрессивной среды (каким бы оно не было) должно ослабевать в сторону преобладания чисто механического фактора. Достаточно развитые трещины должны распространяться при прочих равных условиях в агрессивной среде примерно с той же скоростью, что и на воздухе. Это вытекает из тех очевидных соображений, что деструкция материала в зоне местных напряжений перед устьем трещины определяется в первую очередь местными пластическими деформациями, которые зависят в свою очередь от циклического напряженного состояния всего конструкционного элемента, а не от свойств агрессивной среды. Однако среда играет [c.135]

Дальнейшее накопление усталостных повреждений интенсифицирует рост микротрещин, в результате чего усиленно формируются ювенильные поверхности и потенциал резко разблагораживается (участок IV), Фиксируемая величина потенциала в момент разрушения практически не зависит от начального уровня приложенных амплитудных напряжений, а обусловлена, по всей вероятности, совокупностью конкурирующих процессов, протекающих в распространяющейся трещине. Это предположение в некоторой степени подтверждают результаты изучения кинетики общего электродного потенциала при определении влияния коррозионной среды на скорость роста усталостной трещины. [c.75]

Приведенные данные и результаты других работ [54, с. 180—206 196— 199], выполненных на различных низколегированных сталях, показывают существование определенной частотной границы (10-15 Гц), ниже которой имеет место заметное влияние коррозионной среды на скорость роста усталостной трещины. Существует мнение [196], что максимальное ускоряющее действие на рост трещины коррозионная среда оказывает при частоте нагружения 0,01 Гц. Другие авторы [54, с. 39—66] при исследовании сталей 45ХН2МФА и 20Х в дистиллированной воде обнаружили максимальное ускоряющее действие среды при частоте 0,1 Гц. Следует ожидать, и это подтверждено рядом работ, что снижение частоты нагружения до сотых и тысячных долей герц должно снизить отрицательное влияние коррозионной среды на скорость роста трещины в низколегированных сталях в пластичном состоянии, не склонных в данной среде к коррозионному растрескиванию. [c.125]

Рис. 21. Схема камеры для исспедо-вания влияния коррозионной средь при повышенных температуре и давлении на скорость роста усталостной трещинь

В.В.Панасюк с сотрудниками [59 150, с. 42—49], использо. ав разработанные ими оригинальное оборудование и методики, определили значение pH в вершине развивающейся трещины и изучили его влияние на скорость роста усталостной трещины в стали 40X13 в коррозионной среде с исходным pH =8. Они также показали, что при статическом нагружении в стационарной трещине минимальное значение pH может снижаться до 2,3. Установлено, что характер изменения pH в вершине усталостной трещины зависит от начальных значений pH. При исходном значении среды pH =8 наблюдается непрерывное уменьшение его в вершине трещины до 1,7 в момент разрушения образца, а при исходном значении pH = 2,3 этот показатель снижается в вершине трещины перед разрушением образца до —0,4..Таким образом, при циклическом нагружении степень снижения pH в вершине трещины выше, чем при статическом нагружении, а ее абсолютное значение зависит от величины pH исходного раствора. На основании изучения кинетики коррозионно-усталостного разрушения показано, что с изменением исходных значений pH среды в вершине трещины меняется не только скорость ее роста, но и характер кинетических кривых. При pH = 8 на кинетической кривой скорости роста трещины имеет место плато, типичное для коррозионного растрескивания. При pH =2,3 плато практически отсутствует. Поддержание заданных электрохимических условий в рабочей камере не означает их стабилизации в вершине трещины. [c.106]

Многочисленными экспериментами установлено (см., например, 111], что жидкая среда, особенно коррозионная, не только увеличивает скорость роста усталостной трещины, но также изменяет характер самой диаграммы усталостного разрушения. Так, в наиболее общем случае взаимодействия чистой коррозионной усталости н коррозии под напряжением диаграмма усталостного разрушения в отличие от инертной среды (рис. 1, б, кривая 1) имеет вид, показанный на рис. 1, б кривой 2, который может существенно изменяться в зависимости от параметров нагружения (например, частоты нагружения [12]), структуры материала и физико-химических свойств среды (например, pH среды [131) При этом в отличие от испытаний в вакууме или на воздухе наблюдаются значительные расхождения в результатах исследований, выполненных по различным методикам на одних и тех же материалах и при одинаковых внешних условиях испытания, например, как указано в работе [14], в случае исследования влияния поляризации на кинетику усталостной трещины в алюминиевглх сплавах в 3,5 %-ном растворе Na l. [c.287]

Для конструкций, работающих в обласга малоцикловой усталости, представляет интерес оценить влияние среды на Пэрисовский участок диаграммы усталостного разрушения. Как показывают эксперименты, степень влияния среды на скорость роста трещины в данном случае существенно зависит от уровня К и сопротивления сплава коррозионному растрескиванию. При > KJJ значительно возрастает зависимость скорости роста трещины от частоты нагружения и формы цикла. Так, на рис. 13.3.3 видно, что для сплава ВТ20 [c.486]

Для большинства сварных конструкций важным фактором, оказывающим влияние на цикгшческую коррозионную трещиностойкость, является коэффициент асимметрии цикла К В водных средах скорость роста усталостных трещин в широком диапазоне ДKJ существенно увеличивается при высоких значениях К (рис. 13.3.5) в особенности для конструкций из металлов, склонных к коррозионному растрескиванию, т.к. в этом случае развитие разрушения возможно и гфи Л = 1, т.е. при статическом нагружении. [c.489]

Выполненный обзор литературы позволяет сделать вывод, что для описания влияния коррозионной среды можно использовать подходы, основанные на применении линейной механики разрушения. На наш взгляд, для проведения расчетных исследований кинетики усталостной трещины в коррозионной среде наиболее приемлем метод, изложенный в работе [168], с помощью которого можно рассчитать скорость развития трещин в коррозионной среде при различной частоте нагружения на основании данных о скорости их развития на воздухе. В случае, если КИН при соответствующей длине трещины в элементе конструкции будет больше, чем Ks , количество циклов, необходимое для роста трещины при этом условии, можно считать нулевым. Такое допущение дает консервативную оценку долговечности элемента конструкции, что в инженерной практике вполне допустимо. [c.200]

При изменении частоты нагружения в широком диапазоне частот можно наблюдать постепенный переход от одной рассмотренной выше диаграммы роста усталостных трещин в коррозионной среде к другой применительно к титановому сплаву Ti-8Al-lMo-lV [149] (рис. 7.37). Пороговая величина Kis рассматривается при этом неизменной характеристикой влияния агрессивной среды на материал. В связи с этим безразмерная поправка на скорость роста трещины при изменении частоты нагружения также представляет собой поверхность, аналогичную тем, что были рассмотрены в главе 6 применительно к роли двухосного нагружения и асимметрии цикла. В частности, применительно к различным маркам сталей при фиксированном значении коэффициента интенсивности может быть получена поправочная функция F(pH) на влияние агрессивной среды, аналогично соотношению (7.25). Один из вариантов такой поправки, предложенной в работе [150], представлен на рис. 7.38 в сопоставлении с экспериментальными данными для трех марок сталей. [c.394]

Коррозионная среда. В настоящее время накоплен большой экспериментальный материал по влиянию различных коррозионных сред на развитие усталостных трещин в металлических материалах. Кислород воздуха при высокотемпературных испытаниях становится активным и интенсивно окисляет материал в вершине трещины. Высокопрочные стали подвержены водородному охрупчиванию. Электролитические растворы вызывают анодное растворение материала. Все эти процессы отрицательно сказываются на характеристиках трещиностойкости при циклическом нагружении. При этом общая тенденция такова, что снижение частоты нагружения увеличивает отрицательное воздействие коррозионной среды [118, 221], хотя иногда происходят аномалии. При очень низких частотах нагружения для высокопрочной стали отмечали отсутствие повышения скорости роста трещины из-за пассивации [118]. В каждом конкретном случаетрудно количественно предугадать, каким будет влияние коррозионной среды. Поэтому при планировании экспериментов стараются максимально отразить специфику эксплуатации — уровень нагрузок, частоту, температуру, аэрацию, концентрацию активных веществ и т. п. [c.176]

В работе [93], проведенной на образцах из низкоуглеродистой стали 8Е702, исследовали влияние вакуума и коррозионной среды МаС1 на закономерности распространения усталостной трещины (рис. 4.26). Видно, что скорость роста трещины в вакууме значительно медленнее, чем при испытании на воздухе. В коррозионной среде скорость распространения трещины максимальна. В титановом сплаве системы Т1-6А1-4У с различной микроструктурой (состояние поставки, а-фаза -I- превращенная р-фаза, а-фаза + мартенсит отпуска) скорость распространения в вакууме значительно ниже, чем при испытании на воздухе [94]. Из рис. 4.27 видно, что наибольшая разница в скорости роста трещины наблюдается в припороговой стадии распространения трещины. [c.146]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...