Механизм термической усталости

МЕХАНИЗМ ТЕРМИЧЕСКОЙ УСТАЛОСТИ [c.117]

Под механизмом термической усталости будем понимать основное содержание и взаимодействие процессов упрочнения и разупрочнения структуры, определяющих характер суммирования повреждений от термоциклической и длительной статической нагрузки и долговечность материала. [c.117]

Нужно отметить, что механизм термической усталости во многом подобен механизму усталости при механическом воздействии, так как в обоих случаях причинами разрушения являются одни и те же факторы воздействие переменных многократных напряжений и знакопеременные пластические деформации. Поэтому для определения закономерностей термической усталости часто используют вспомогательные данные о поведении изучаемого материала при изотермическом циклическом нагружении (Я. Б. Фридман, 1962). Однако существуют и различия между ними, не позволяющие в ряде случаев заменить испытания на термическую усталость испытаниями на механическую усталость. Дело в том, что за счет изменения температуры в течение каждого цикла происходит постоянное изменение различных физических свойств материала (модуля упругости, предела текучести и др.), приводящее, в свою очередь, к изменению сопротивления материала воздействию термических напряжений. Для термической усталости характерна локализация деформации в зонах с наибольшим температурным перепадом даже в однородном поле напряжений (термическая концентрация) из-за неравномерности температурного поля, возникающего в деталях. Отметим также, что сопротивление механической усталости при невысоких температурах и не слишком малых частотах [c.417]

Исследование этого сплава при работе в дисковых фрезах для горных пород позволило выделить три механизма износа термическую усталость (трещины имеют большую длину и глубоко проникают в основу) истирание (трещины короткие и приводят к удалению с поверхности отдельных зерен W ) поверхностное ударное отслаивание (поверхностные трещины вызывают шелушение). Все три механизма износа приводят к межзеренному разрушению сплава. [c.10]

Целесообразность применения разрезных колец в механизмах с возвратно-поступательным движением штоков проявляется особенно сильно там, где высокие давления, гемпературы, радиация, термическая усталость материалов и требование надежности делают невозможным или менее желательным использование более ходовых уплотнений. [c.58]

Термическая усталость является результатом сложного процесса изменения структуры материала, накопления повреждений в условиях термопластического деформирования. Механизм пластической деформации при термической усталости в зависимости от материала, максимальной температуры цикла, температурного интервала и других факторов имеет в той или иной мере сходство с аналогичными механизмами деформирования при явлениях ползучести и усталости [2, 39]. [c.8]

При варианте ПА величина 0 = Oj, е = а -при ПБ величина а = а , я е = е . Наиболее сложно предсказать характер суммирования повреждений от термической усталости и ползучести при средних напряжениях вследствие большого числа механизмов длительного статического деформирования. С достаточной уверенностью можно сказать, что при малых амплитудах термического цикла и средних напряжениях ползучести происходит разрушение по границам зерен, так как в случае термической усталости материала имеет место проскальзывание по границам зерен, достаточное для зарождения клиновидных трещин. В результате возможно некоторое снижение суммарной относительной долговечности. [c.56]

Несмотря на то, что предлагаемая структурная модель прогнозирования характера суммирования повреждений при ползучести и термической усталости получена при рассмотрении механизмов взаимодействия термоциклической и длительной статической нагрузок для ограниченных диапазонов изменения сг и е, нетрудно показать тенденции характера суммирования повреждений при приближении к предельным значениям независимых переменных. Как слева, так и справа от выбранного диапазона параметр суммирования Слева предельным состоянием будет кратковременный разрыв при рабочей температуре, характеризующийся по напряжению пределом прочности [c.57]

Исследования накопления повреждений и разрушений при термической усталости в основном проводили с чистыми металлами [6]. Испытаниями на цинке было установлено, что в интервале температур от комнатной до —183° С сначала образуются транскристаллитные трещины в полосах скольжения, обычно у крутых изгибов границы и в месте стыка трех зерен. Затем трещины появляются у границ субзерен и двойников. С точки зрения дислокационного-сдвигового механизма разрушение в этом случае можно объяснить скоплением дислокаций у препятствий (в частности, у границ) вследствие искривления плоскостей скольжения и возникновения напряжений, нормальных к плоскости скольжения. При больших напряжениях может произойти разрыв по базисным плоскостям. Появление трещин термоусталости у субграниц зерен рассматривалось как результат пересечения линий скольжения малоугловой границы из-за смещения части дислокационной стенки вдоль линии скольжения. Итак, в этом случае предполагается действие дислокационного механизма при термической усталости, обусловливающего сходство с разрушением при усталости. [c.114]

Механизм пластического деформирования при теплосменах будем рассматривать вместе с процессами накопления повреждений и разрушения при термической усталости и одновременном действии длительной статической нагрузки (ползучесть). [c.117]

В комбинированных испытаниях также достаточно четко прослеживается связь между изменениями в структуре материала и механизмом разрушения. При деформационном старении для распространения термоусталостной трещины создаются препятствия, скопления дислокаций хорошо закрепляются мелкодисперсными выделениями карбидов в зерне. Большое влияние на механизм развития термической усталости аустенитной стали оказывают диффузионные процессы, не характерные для малоцикловой усталости. [c.120]

Заканчивая рассмотрение структурных аспектов термоциклической долговечности, можно сформулировать следующие основные физические представления о механизме упрочнения и разупрочнения при термической усталости металла элементов теплоэнергетического оборудования. [c.123]

МЕХАНИЗМ КОРРОЗИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ УСТАЛОСТИ [c.131]

Изложенные представления о механизме воздействия окислительной среды подтверждены результатами исследований, которые показали одинаковую закономерность распространения трещин термической усталости с охлаждением в воде для материалов различных классов с а- и у-решеткой (см. рис. 60). [c.134]

Описанный выше способ определения внутренних напряжений при ползучести позволяет эффективно исследовать механизм деформации при ползучести. Кроме того, он дает возможность рассмотреть деформационное поведение материала при ползун чести при переменном напряжении или переменной температуре. Также можно ожидать, что этот способ окажется эффективным средством исследования и анализа проблем деформации и разрушения при наложении ползучести и усталости, а также проблемы сопротивления термической усталости. [c.73]

При втором способе анализа, исходя из формы петель гистерезиса, закономерностей уменьшения усталостной долговечности, сходства механизмов зернограничного скольжения и разрушения, связывают термическую усталость с высокотемпературной малоцикловой усталостью с пилообразным циклом деформации (см. гл. 6). Качественно внутрифазная термическая усталость совпадает с высокотемпературной малоцикловой усталостью с циклом нагружения медленно—быстро, внефазная — с циклом нагружения быстро—медленно. Кроме того, при аналогичном по смыслу подходе исследуют характеристики термической усталости методом разделения амплитуды деформации (см. гл. 6), позволяющим осуществить количественный анализ. Результатов применения метода разделения амплитуды деформации для точного прогнозирования долговечности при термической усталости пока не известно. Однако, по-видимому, пригодность такого метода иллюстрируется (см. рис. 6.63) совпадением усталости с двухступенчатым изменением температуры (высокая температура при растяжении — низкая при сжатии) с усталостью с циклом нагружения ср, а усталости с двухступенчатым изменением температуры. (низкая температура при растяжении — высокая при сжатии) [c.255]

Развитие усталостных трещин происходит по механизмам термической, коррозионно-усталостной и механической циклической усталости. Повреждения термической усталости образуются на внутренней поверхности сварных соединений трубных элементов в виде сетчатого растрескивания и/или продольных и радиальных трещин с многочисленными ответвлениями. [c.101]

Конструирование автомобильных и тракторных двигателей и их деталей, в частности их механизмов газораспределения, неразрывно связано с проблемой долговечности. Недостаточные сведения о долговечности таких деталей, как клапаны и толкатели (так же как и о долговечности других деталей), отражаются на качестве проектирования и параметрах новых двигателей. "Клапаны и толкатели в значительной мере влияют на долговечность автомобильных и тракторных двигателей, так как являются одними из наиболее напряженных деталей. Клапаны, в особенности выпускные, подвергаются ударным нагрузкам и работают при высоких, многократно изменяющихся температурах, вызывающих так называемую термическую усталость. Это, а также коррозионное воздействие горячих газов приводят к повышенному износу опорной и торцевой поверхностей клапана и его стержня. Долговечность клапана зависит от его конструкции и материала, тепловой напряженности, оборотности двигателя, а также конструкции и материалов сопряженных с клапаном деталей и обычно повышается с увеличением стоимости двигателя. [c.317]

А. Ф. Головин (1941) провел систематическое изучение разрушенных вследствие эрозии стволов артиллерийских орудий и установил наличие наклепанных участков под полями нарезов, обусловленных динамическим действием ведущих поясков снарядов. При этом им был сделан вывод, что на процесс горячей газовой эрозии преобладающее влияние оказывает термический фактор, причем основой механизма разрушения является вымывание или сдувание струей газов расплавленного или размягченного и потерявшего сплошность (вследствие наличия мелких трещин термической усталости) поверхностного слоя металла. [c.442]

В деталях котлов и трубопроводов при резком наборе или сбросе нагрузки, а также при аварийных остановках могут возникать напряжения, превышающие предел текучести. Повторное многократное приложение таких напряжений приведет к разрушению от малоцикловой усталости. Для этих напряжений обычно свойствен случайный характер изменения во времени при асимметричном цикле. В процессе изменения температурных напряжений возникает упругая деформация, упруго-пластическая статическая или упруго-пластическая деформация по механизму ползучести. Усталость в упругой области — малоцикловая усталость. Усталость в упруго-пластической области — малоцикловая усталость. При упруго-пластической деформации по механизму ползучести накладываются два процесса усталость и ползучесть. Величина термических напряжений и вызываемая ими деформация зависят от степени стеснения деформации. При свободном расширении равномерно нагреваемого стержня степень стеснения деформации отсутствует температурные напряжения равны нулю. [c.49]

Механизм пластической деформации и накопления повреждаемости при термической усталости сочетает в себе механизмы ползучести и усталости. [c.52]

На основании металлографических исследований строения трещин в образцах, подверженных испытаниям на термическую усталость, коррозионно-усталостным испытаниям, и металла образцов из поврежденных барабанов котлов высокого давления в 127] делаются выводы о преобладающей роли коррозионного процесса и об идентичности механизма образования трещин в барабанах и гибах водоопускных труб. [c.268]

Туляков Г. А. [129, 130, 131] считает, что основным фактором, определяющим механизм образования трещин около отверстий в барабанах котлов высокого давления, является термическая усталость. [c.268]

Плохая самокомпенсация вызывается неудачной конструкцией трубной системы пароперегревателя. Чрезмерно большие напряжения приводят к разрушению по кольцевому сечению около усиления сварного шва по механизмам ползучести и термической усталости. [c.308]

Таким образом, основным выводом из рассмотрения физических теорий эрозионного износа следует считать вывод о преобладании термического фактора в процессе горячей газовой эрозии, причем основой механизма разрушения является вымывание или сдувание струей газов расплавленного или размягченного и потерявшего сплошность вследствие наличия мелких трещин термической усталости поверхностного слоя металла. [c.52]

Характеристики радиационного повреждения, диффузии, окисления, излучения, испарения, химических реакций, чувствительности к термическому удару и термической усталости следует рассматривать как в отдельности, так и совокупно, чтобы можно было предсказывать поведение покрытий и чтобы их можно было более широко использовать для защиты при высоких температурах. Большинство этих факторов уже рассмотрено в настоящей книге, и нет нужды говорить о них здесь снова. Предлагаемая статья охватывает некоторые специальные стороны механизмов явлений, действующих внутри деталей с покрытиями или воздействующих на них. [c.298]

Устройство для испытания на усталость при одновременном воздействии термических и механических напряжений содержит механизм нагружения I (рис. 152) и нагревательную печь 2, в которую [c.269]

Наряду с внешними факторами усталость определяется физическими характеристиками материала теплопроводностью, термическим расширением, макронеоднородностыо. Следует отметить, что термоциклирование может сопровождаться не только появлением усталостных микротрещин, но и существенным формоизменением, т, е. наложением статического механизма повреждения. Одновременное протекание двух различных по характеру процессов при циклических изменениях температуры усложняет изучение термической усталости [220]. [c.128]

Установка для испытания на термическую усталость отличается тем, что механизм для перемещения испытуемых образцов вы-яолнеи в виде грузовых штанг, расположенных против загрузочных отверстий электропечи и снабженных захватами для крепления образцов. [c.270]

Сопротивление термической усталости металла резко снижается при повреждении поверхностных слоев окислении границ зерен, коррозионном растрескивании, обеднении легирующими элементами- Защитный механизм большей части покрытий основан на образовании стойких скислов, например АЬОз поэтому покрытие должно содержать металл, образующий эти окислы, в частности алюминий. [c.91]

При пониженных температурах появляется деформация двой-никования и может происходить фрагментация зерен. Если размер фрагментов в процессе термоциклирования изменяется незначительно, то их разориентировка увеличивается и образуются большеугловые границы, т. е. в старом зерне образуются новые. Этот процесс носит деформационный характер и связан с перераспределением дислокаций. Механическая усталость при больших амплитудах напряжений (малоцикловая усталость) также характеризуется фрагментизацией зерен. Таким образом, механизм пластической деформации при термической усталости в зависимости от свойств материала, максимальной температуры цикла, температурного интервала и других факторов имеет в той или иной мере сходство с аналогичными механизмами при явлениях ползучести и усталости. [c.103]

Естественно, что с образованием несплошностей резко ухудшаются прочностные характеристики и пластичность материала при термической усталости. Пределы прочности, текучести и относительное удлинение снижаются и в итоге происходит межзерен-ное разрушение материала. Следует отметить, что вакансионный механизм порообразования и разрушения весьма свойственен ползучести при высоких температурах и небольших напряжениях. [c.115]

В исследованных материалах перлитного и аустенигного классов при нагреве в аргоне и охлаждении в расплаве щелочных металлов (в нейтральных средах) во всем диапазоне максимальных температур термического цикла возникали тонкие типично усталостные трещины без образования полостей. Это подтверждает существование двух механизмов возникновения и развития трещин термической усталости для сталей с ферритно-перлитной и аустенитной структурами, [c.135]

Заро)Кдение и развитие микротрещин во время термической усталости протекает для разных металлических сплавов по разным, механизмам. Дня армко-жепеза и Ст. 10 существенные изменения происходят в тонком слое толщиной 1-2 мм и они сопровождаются снижением твердости, образованием субструктуры и уменьшением а-фазы в результате газовой коррозии. В этих материалах процесс растрескивания распространяется от поверхности вглубь, чаще всего по границам зерен. [c.106]

Принято, что гальванические локрытия ухудшают сопротивление механической усталости при нормальных температурах. Однако при термической усталости действует иной механизм зарождения трещин. Примеры структур ) поверхностного слон образцов с покрытием из никеля и никеля-вольфрама после термической усталости приведены на рис. 101. Видно, что никель покрытия хорошо сцепляется с подложкой и трещины зарождаются от поверхности внутрь покрытия. В случае же покрытия из никеля—вольфрама под ним происходит интенсивное развитие трещин, которое становится очевидным в конечной фазе процесса. Анализ поверхностного слоя с помощью флуоресцентного рентгеновского метода на установке WRA-2, показал, что диффузия никеля, хрома и вольфрама достигала глубины 100-200 мкм при толщине покрытия в пределах 20-30 мкм. Интенсивное уменьшение концентрации этих элементов наблюдалось до глубины 50-80 мкм. Содержание остальных элемен- [c.119]

Применение алиТирования методом погружения в жидкий алюминий, а также покрытие поверхности AI2O3, смешанным с жидким металлом, оказывает положительное влияние на сопротивление термической усталости — снижение интенсивности образования сетки поверхностных трещин. Тщательного анализа требуют механизмы зарождения трещин в сталях, легированных ниобием и ванадием, а также молибденом (до 2 % ). Сопротивление термической усталости этих сталей повышается на 100-250 % по сравнению с нелегированной сталью 20Х2М. [c.121]

В рая группа методик предназначена для оценки сопротивления различных материалов, в том числе покрытий, термической усталости. Основными для этой группы являются требования по сопоставимости условий натружения и недопустимости существенного превышения термических нагрузок (для форсированного получения заметной поврежден-ности материала при термоциклировании) по сравнению с эксплуатационными. Нарушение этого условия, приводя к изменению механизмов повреждения, приводит к некорректным выводам о реальных возможностях материалов. Предпочтение при этом целесообразно отдать испытанию моделей, сопоставляя результаты по характеру и степени повреждения областей максимальной нагруженности материала в масштабе действующих (расчетных) температур, напряжений, деформахщй или их амплитуд (размахов) в цикле. [c.334]

При постоянной температуре и циклическом напряжении (растяжение—сжатие) подобная диффузия не должна сосредотачиваться на границах зерен одного напряжения. Поэтому при ползучести при-знакопеременном напряжении образование зернограничных трещин вследствие возникновения пустот из-за коалес-ценции вакансии и исчезновения -фазы затруднено. При ползучести со статической нагрузкой и термической усталости с накоплением деформации ползучести в одном направлении интер-кристаллитное разрушение, вызванное описанным выше механизмом становится весьма вероятным. Чтобы предотвратить подобное разрушение в сплавах на никелевой основе, упрочненных выделениями у-фазы, уменьшают содержание хрома и добавляют специальные элементы (бор и гафний), вызывающие упрочнение границ зерен. С целью предотвращения интеркристаллитного разрушения разработаны способы получения направленно затвердевших и монокристаллических материалов. [c.87]

Перечислены в полном объеме основные доминирующие механизмы, связанные со старением каждой единицы оборудования, к которым могут относиться мало- или многоцикловая усталость радиационное охрупчивание текучесть ползучесть термическая релаксация напряжений термическая усталость тепловой удар коррозия под напряжением коррозионная усталость эррозия износ. [c.308]

Защитные покрытия. Сопротивление термической усталости металла резко уменьшается в случае повреждения поверхностных слоев окисления границ зерен, коррозионного растрескивания, обеднения легирующими элементами. Защитный механизм большинства покрытий основан на образовании стойких окислов, например, AI2O3. Термостойкость детали с алитированным слоем выше, чем незащищенной.. Это подтверждается, в частности, испытанием лопаток газовых турбин, работающих при невысоком уровне термонапряжений и в области умеренных температур —до 1000° С. Сопротивление термоусталостному растрескиванию алитирован-ных лопаток в 1,5. .. 2 раза выше (по долговечности) по сравнению с неалитированными. С увеличением степени агрессивности среды роль защитных покрытий возрастает. [c.174]

Мало еще разработано средств, специально предназначенных для испытания весьма малых образцов на механическую и термическую усталость. Установка, предназначенная для испытания микрообразцов на выносливость в жидких средах при переменных напряжениях, описана в работе [18]. Предварительное статическое растягивающее усилие на образец передается грузом, а переменное — вибратором при вращении неуравновешенной массы. Суммарная нагрузка измеряется кольцевым динамометром с наклеенными датчиками сопротивления, подключенными в измерительную схему. Создана установка для усталостных испытаний малогабаритных образцов на растяжение с постоянной амплитудой напряжения [14] при температурах от —196 до 600° С. Нагружение осуществляется кривошипно-шатунным механизмом через поршень и сменную пружину. Нагрузка на образце измеряется пружинным динамометром. [c.95]

Из приведенных материалов следует, что процессы на-водороживания и хрупких (второго типа) разрушений металла экранных труб протекают на фоне циклических колебаний температуры, связанных с поведением рабочей среды. Менее значительные измепепия температуры металла возможны и за счет действия пульсаций топочного факела. Поэтому при рассмотрении механизма хрупких повреждений экранных труб следует учитывать наряду с паводороживанием также и процессы коррозионно-термической усталости (см. 2.4). [c.77]

Клинард и Шерби [286 исследовали причины искажения формы образцов технического железа. Они обнаружили, что поверхностные повреждения (выступы, впадины) часто связаны с границами зерен и субзерен. Многократные термоциклы ведут к образованию протрузий, видимых невооруженным глазом. Объясняя механизм поверхностных повреждений металла при термоциклировании, обычно ссылаются на большое сходство с механической малоцикловой усталостью. Поскольку при термоциклировании железа вследствие полиморфного превращения в узком температурном интервале происходит значительное изменение объема (примерно 1 %), в образцах появляются циклические напряжения. Усталостные выступы и впадины образуются в месте пересечения зон скольжения с поверхностью образца, и размеры их при механических и термических циклах близки [II, 108, 285]. На первых этапах термоциклирова-ния большую роль играет тенденция к сглаживанию [c.77]

Поверхностная обработка. Она щироко используется для повышения циклической прочности образцов и конструкционных элементов и является основным способом нейтрализации действия концеггграторов напряжений, коррозионных сред и других факторов, снижающих сопротивление усталости. Применяются следующие методы упрочнения химико-термические (азотирование, цементирование, цианирование), поверхностная закалка ТВЧ, наклеп поверхностного слоя (обкатка роликами, обдувка дробью, чеканка и т.п.), комбинированные (цементация с последующей обдувкой дробью и др.). Механизм поверхностного упрочнения состоит в создании более [c.293]

Наиболее важными характеристиками улучшаемых сталей являются прокаливаемость и сопротивление усталости. Глубина прокаливаемого слоя у легированной стали 40Х составляет 40 мм, а у сложнолегированных сталей 40ХНМ и 38ХНЗМА — 100 мм. Этого достаточно для термического улучшения деталей широкой номенклатуры, а для ряда осесимметричных деталей не требуется сквозная прокаливаемость. Например, конструкционная прочность валов обеспечивается, когда структура сорбита отпуска образуется в слое толщиной, равной половине радиуса вала. Недостатком ряда улучшаемых сталей является чувствительность к обратимой отпускной хрупкости. К ней наиболее склонны хромомарганцевые и хромоникелевые стали с большой прокаливае-мостью. Для предотвращения охрупчивания деталей из этих сталей при высоком отпуске принимают технологические меры. Улучшаемые стали, содержащие молибден, нечувствительны к отпускной хрупкости. После термического улучшения о не превышает 550 МПа. В результате расчета долговечности деталей по этим значениям получают большие размеры деталей, что неприемлемо из-за увеличения расхода металла и габаритных размеров механизмов. При расчете ограниченной долговечности деталей исходят из переменных напряжений, больших Это основано на живучести сталей после термического улучшения, когда главное значение имеют малые скорости распространения усталостных трещин. Проверка деталей средствами неразрушающего контроля позволяет обнаруживать усталостные трещины и заменять дефектные детали. [c.104]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...