Термическая усталость. Влияние температуры испытания

Термическая усталость. Влияние температуры испытания [c.141]

Снижение температуры испытания ниже комнатной у гладких образцов приводит к повышению прочностных характеристик механических свойств (но к снижению характеристик пластичности) и пределов выносливости гладких образцов (рис. 50). При определении влияния температуры испытаний необходимо помнить о возможности фазовых превращений в сплавах и явлениях динамического возврата. Следует также нс путать влияние температуры при усталости с термической усталостью, которая имеет другую природу. [c.82]

Полученные результаты и анализ имеющихся данных для постоянной температуры испытания (статическое деформирование, механическая усталость) свидетельствуют о значительном влиянии особенностей напряженного состояния в условиях испытания на термическую усталость на характер развития деформации разрушения во внутризеренных объемах и на меж-зеренных границах металла. [c.47]

Следует отметить, что на близость результатов, полученных при изотермических и термоусталостных испытаниях с выдержками, указывают и результаты работы [14], где на примере испытаний с выдержками в цикле, проведенными по одинаковой программе изменения механических деформаций, показана хорошая корреляция между неизотермической (имитирующей термическую усталость) и изотермической длительной циклической прочностью стали 304 при максимальной температуре цикла 650° С. Таким образом, показано, что влияние циклического изменения температуры при данных условиях испытания оказалось незначительным и ос- [c.94]

Для изучения процессов эрозионного разрушения и влияния параметров скоростного воздушного потока на стойкость металлических материалов была использована экспериментальная аэродинамическая установка [1], позволяюш,ая также проводить испытания на термическую усталость, растяжение и кратковременную ползучесть. В установке принята рабочая схема горячий образец — холодный воздух. Образец подвергается контактному электронагреву, действию потока воздуха с различными скоростями (О М 5 4) и статическому нагружению. Нагрев может осуществляться с высокой скоростью вплоть до температуры плавления образца. [c.84]

На характеристики возникновения и роста трещин наклеп также чаще всего оказывает неблагоприятное влияние. Испытания на термическую усталость листовых образцов из аустенитной стали при максимальных температурах цикла 800 и 900° С показали, что число теплосмен до появления первых трещин в на- [c.149]

По результатам большинства исследований влияния температуры аустенизации на сопротивление термической усталости с повышением температуры аустенизации, вызывающим увеличение размера зерна, уменьшается число циклов до появления трещин термической усталости и возрастает скорость их роста. Например при испытании листовых образцов их хромоникелевого сплава при температуре цикла 850—200° С была получена линейная зависимость возрастания числа циклов до появления трещин (от 30 до 150) при уменьшении размера зерна (от 2 до 7 баллов). [c.151]

Для изготовления конструктивных элементов турбомашин используют жаропрочные сплавы [22, 75, 80, 100]. Они являются перспективными и для элементов тепловой энергетики в связи с ростом давления, температур и мощностей энергетических установок. Для изучения влияния пластичности жаропрочных материалов на сопротивление неизотермическому малоцикловому разрушению была разработана программа испытаний в условиях переменных температур (рис. 2.4). В нее включены испытания на термическую усталость без выдержки и с выдержкой при максимальной температуре (рис. 2.4, а и б) изотермические при предельных температурах термоусталостного цикла (рис. 2.4, в) неизотермические (в диапазоне температур основного термоусталостного цикла) для контрастных сочетаний режимов нагружения и нагрева (жесткий режим) при синфазном (рис. 2.4, д) и противофазном (рис. 2.4, г) циклических нагревах и нагружениях. [c.47]

Значение X изменяется в пределах При Х=0 влияние усталости не проявляется, поскольку if t) и Nf=, что соответствует режиму длительного статического нагружения. Для циклов малой длительности (/ц=1), характерных для пилообразного режима изменения температуры при испытаниях на термическую усталость, 1- 1, а сопротивление термической усталости сближается с сопротивлением малоцикловой неизотермической усталости. [c.74]

Результаты, иллюстрирующие влияние выдержки при постоянной деформации растяжением на долговечность стали SUS 304, приведены на рис. 7.9. При внефазной термической усталости при максимальном растяжении температура является минимальной, поэтому выдержка при постоянной деформации не оказывает влияния на долговечность (влияние выдержки при деформации сжатия не исследовали). В связи с этим проводили эксперименты только при внутрифазной термической усталости. Температура в процессе выдержки была постоянной и равной максимальной температуре 550 °С. Данные получили только при испытаниях с короткой выдержкой при большой амплитуде деформации по отношению к общему времени испытаний, однако обнаружили такое же падение долговечности, как и при испытаниях на высокотемпературную малоцикловую усталость (см. рис. 6,55). [c.253]

АЗ.3.4. Сопротивление термической усталости. Термической усталости подвержены детали, испытывающие теплосмены. Этот тип разрушения описан еще Д. К. Черновым (1912 г.), который исследовал причины растрескивания внутренних поверхностей орудийных стволов. По существу термоусталость представляет собой малоцикловую усталость в неизотермических условиях нагружения, поэтому характеристики могут быть определены из соответствующих испытаний при независимых (но надлежащим образом синхронизированных — синфазных) циклических силовом и тепловом воздействиях. Такую независимость технически наиболее просто обеспечить при циклическом кручении в случае растяжения-сжатия необходимо применение специальной автоматики, следящей за изменением усилия в образце и исключающей влияние температуры на его изменение [25]. Возможности таких установок при их надлежащем оснащении весьма широки. [c.119]

Введение выдержки при Гтах в испытаниях на термическую усталость оказывает большое влияние на характер разрушения материала, приближая его к статическому с увеличением длительности выдержки. С увеличением амплитуды деформации и температуры характер разрушения изменяется от усталостного к статическому, когда трещины развиваются в основном по границам зерен. С увеличением времени нагружения процесс повреждения границ зерен происходит более интенсивно, чем материала в теле зерен прочность границ уменьшается быстрее вследствие перемещения дислокаций к границам, на которых концентрируются следы их выхода, а также образования пор и колоний карбидов. [c.170]

Наряду с положительным защитным влиянием от воздействия газовой среды, покрытие изменяет- физико-механические свойства поверхностного слоя, в частности уменьшается пластичность его при низких температурах, что снижает сопротивление термической усталости. Повреждающее действие покрытий можно выявить при испытаниях на термоусталость без воздействия газовой среды, т. е. при разделении двух различно влияющих факторов снижения механических свойств и защитного действия от влияния среды. При этом выясняется, что долговечность материала с покрытием меньше, чем материала без покрытия. Влияние алитирования на сопротивление термической усталости литейного никелевого сплава по-казано на рис. 5.14. Алитирование круглых образцов с диаметром рабочей зоны 6,5 мм производилось диффузионным методом при 950 С в течение 4 ч, глубина алитированного слоя составляла 40 мкм. Как видно, алитирование несколько снижает долговечность при термоциклическом нагружении. Однако влияние алитирования уменьшается по мере уменьшения размаха деформаций. [c.174]

В работе [60] образование мартенсита деформации при малоцикловой усталости изучали при температурах испытания 22, 93 и 116 °С на образцах из метастабильных аустенитных сталей типа 301 и 304 в условиях растяжения-сжатия с постоянной амплитудой деформации Ае после различных режимов термической обработки (7 - закалка с 1093 °С в масло 2 - охлаждение с печью с 954 до 204 °С в течение 3 ч. В исходном состоянии стали имели однофазную аустенитную структуру. Количество образующегося мартенсита деформации определяли непрерывно в процессе испытания с помощью магнитного метода. В процессе циклирования в сталях происходило образование двух типов мартенсита а и е. Количественное соотношение между этими типами мартенсита зависит от величины амплитуды циклической деформации и температуры испытания. Чем меньше амплитуда деформации и выше температура испытания, тем меньше образуется е-мартенсита. Общее количество мартенсита деформации непрерывно возрастает с ростом числа циклов (см. рис. 6.34). При одинаковых условиях испытания в стали 304 образуется больше мартенсит по сравнению со сталью 301. В зависимости от амплитуды деформации а-мартенсит оказывает противоречивое влияние на число циклов до разрушения. При комнатной температуре испытания при амплитуде циклической де- [c.239]

Практически о сопротивлении термической усталости (т е р-м о с т о й к о с т и) судят исключительно по результатам качественных испытаний, а именно по числу циклов (нагреваний и охлаждений) до появления трещин на испытуемом образце [9]. Для этой цели применяются образцы разной формы, преимущественно из листового металла, которые нагреваются в течение заданного короткого времени (от нескольких секунд до нескольких минут) до температуры, определяемой условиями службы металла, и затем охлаждаются на воздухе или в струе воздуха, иногда в воде. Часто образцы снабжаются отверстиями и надрезами с целью ускорения самих испытаний и проверки влияния, которое оказывают на термическую усталость концентраторы напряжений. Нагревания и охлаждения образцов повторяются до появления первых трещин обусловленной длины (например, 0,5 мм). [c.317]

По потере массы образцов, испытываемых на лабораторных установках при относительно небольших удельных нагрузках (меньше 30 МПа) при комнатной или повышенной температурах рабочего пространства, в котором находятся образцы и контртело (жаропрочные и другие специальные стали, быстрорежущая сталь, твердые и другие сплавы) [2, 31, 73]. К недостаткам испытания на износ по данной методике следует отнести невозможность оценки влияния на этот показатель процессов повреждения образца при термической усталости, ускоряющих износ [4, 94] проведения испытания при относительно высоких температурах из-за образования на поверхности образцов толстой пленки окислов оценки влияния таких факторов, как температура нагрева заготовок под штамповку (и, следовательно, состав окалины), состав и тип штампуемого материала к недостаткам испытания также можно отнести небольшие удельные нагрузки на образцы. [c.11]

Увеличение степени асимметрии цикла от -1 до, -0,3 в испытаниях при постоянных температурах и примерно до О - при циклически меняющихся температурах в испытаниях на термическую усталость не оказывает влияния на характер развития трещин. Уменьшение жесткости нагружения способствует развитию процессов, вызывающих межзеренное разрушение. [c.220]

Влияние покрытий на сопротивление усталости жаропрочных сплавов, как свидетельствуют результаты исследований различных авторов [235, 236]. проявляется по-разному в зависимости не только от способа получения покрытия и его состава, уровня легирования сплава и методики испытания, но, что более существенно, и от температуры испытаний и конечной термической обработки образцов после нанесения покрытия. [c.388]

Возможность ускоренной оценки влияния технологических факторов доказана при исследовании влияния режима термической обработки и вида чистового шлифования на характеристики рассеяния предела выносливости стали ЗОХГСА (работа проводилась совместно с Киевским политехническим институтом). Испытаниям на усталость при изгибе с вращением подвергались образцы из стали ЗОХГСА после закалки с высоким (630°С), средним (510°С) и низким (190°С) отпуском, шлифованные обычными наждачными и алмазными кругами до одинаковой степени чистоты поверхности (8-й класс). Определение характеристик рассеяния пределов выносливости, осуществленное по двум методам — экстраполяции кривых усталости и возрастающей нагрузки, показало, что среднее значение предела выносливости повышается при снижении температуры отпуска приблизительно в соотношении 1 1,3 1,6. При этом среднее квадратическое отклонение также увеличивается, а рассеяние, характеризуемое коэффициентом вариации, остается практически неизменным. Замена обычных кругов алмазными в случае шлифования до одинаковой степени чистоты, поверхности не отразилась существенно на указанных характеристиках при всех трех режимах термообработки. Достигнутая экономия времени (1,3-10 циклов при возрастающей нагрузке, вместо 4,7-10 при постоянной амплитуде напряжений) и образцов (90 шт. вместо 500 шт.) свидетельствует [c.188]

Испытания на усталость. Различные структуры и механические свойства сварных швов, зоны термического влияния иод воздействием переменных нагрузок могут привести к образованию микротрещин, а затем и к разрушению сварного соединения. Такое разрушение носит название усталостного, а состояние металла при этом называется усталостью. Для имитации процессов, происходящих в реальной конструкции, подверженной усталостному разрушению, образец сварного соединения подвергают действию переменных нагрузок — растяжению, сжатию, изгибу, кручению или комбинации этих нагрузок. Испытания проводят в той среде и при той температуре, которые соответствуют производственным условиям. Повторно-переменное приложение нагрузок к испытуемому образцу носит циклический характер. Предел выносливости характеризуется наибольшим напряжением, которое может вынести образец без разрушения при заданном числе циклов. Для сварных соединений это число составляет (2...10)10 . Машины для испытания на усталость имеют следующие основные механизмы приложения, измерения, регистрации заданных нагрузок и деформаций, подсчета циклов и автоматического отключения ири разрушении образца. Порядок проведения испытаний на усталость, формы и размеры образцов регламентируются ГОСТ 2860—65. [c.158]

Для многих конструкционных сталей испытания на растяжение являются мягким способом нагружения и поэтому не выявляют влияния на механические свойства некоторых особенностей структуры, например превращений, определяющих отпускную хрупкость, состояния поверхностного слоя и др. Для оценки роли этих факторов, а также поведения металлических сплавов при низкой температуре и их чувствительности к надрезам конструкционные стали ответственного назначения, особенно после термической обработки, подвергают наряду с испытаниями на растяжение гладких образцов также испытаниям на ударную вязкость и на усталость. [c.118]

Таким образом, связь между долговечностью и зернограничными выделениями частиц карбида MeaaQ оказывается сложной. Если при кратковременной термической усталости влияние пилообразного цикла не столь существенно, то в режимах с длительной выдержкой (особенно при высокой температуре) и в комбинированных режимах с умеренным и низким напряжением ползучести сильно сказывается нестабильность выделений карбида MeaaQ-Для этих режимов характерно накопление межзеренной повреждаемости. Обнаруженное металлографическим исследованием повторное растворение частиц карбида MeaaQ во второй половине испытания до разрушения способствует локализации процесса деформирования в приграничных областях, и следовательно, ускорению зарождения и развития микроповреждений на границах зерен. [c.118]

Влияние температуры отпуска и твердости на термическую усталость закристаллизованной под давлением (/) и кованой (2) стали 5XHT а, б, в — испытания при 600, 500 и 400° С [c.138]

Несомненно также, что термостойкость всех материалов уменьшается с ростом максимальной температуры цикла. Это можно объяснить не только возрастанием напряжений с повышением температуры, но и большей порчей материала при более высоких температурах, главным образом в поверхностных слоях. Замечено, что трещины термической усталости возникают не только в тех зонах и сечениях детали, которые подвергаются нагреву и охлаждению с наибольшей скоростью (например, в зонах, соответствующих границе действия потока горячих газов или, наоборот, охлаждающего потока), а также в зонах действия максимальных температур и поэтому, как правило, с наиболее окисленной поверхностью. Наблюдаемое значительное влияние среды на термостойкость подтверждает значение состояния поверхности так, долговечность турбинных лопаток при теплосме-нах 1050ч 600°С с вводом в газовой поток солей морской воды уменьшилась примерно в 10 раз по сравнению с результатами испытания в обычных условиях [81]. Отсюда становятся понятными причины положительного влияния на термостойкость защитных поверхностных слоев. [c.162]

В книге рассмотрены вопросы сопротивления жаропрочных материалов неизотермическому малодикловому нагружению — термической усталости. Приведены экспериментальные данные по термической усталости жаропрочных сталей, никелевых деформируемых и литых сплавов, используемых в основном в деталях газотурбинных установок. Освещены роль технологических факторов (режимов литья и термообработки, покрытий, пайки и др ). а также влияние основных параметров циклического нагружения — температуры, частоты, нагрузки. Определены критерии прочности при термоусталостном нагружении при высоких (до 1050 С) температурах и предложены расчетные уравнения для прогнозирования долговечности. Изложены методы испытаний, приведены схемы испытательных машин. [c.2]

Применение цилиндрического образца сплошного сечения (рис. 13,6) повышает надежность в определении размаха упругопластической деформации путем непосредственной регистрации циклической утругопластической деформации с помощью поперечного экстензометра в зоне формирования разрушения [40]. Следует подчеркнуть, что при испытании на термическую усталость цилиндрических сплошных образцов становится актуальной оценка влияния объемности напряженного состояния на условия формирования предельного состояния. При сравнительно мягких режимах термоциклического нагружения (используемых в испытаниях на термическую усталость) медленным нагревом (скорость 10°С/с) и естественным охлаждением (5 G/ ) образца, как показывают специальные исследования,, поперечный градиент температур не превышает 20—30°С. Тангенциальные и радиальные напряж нця, .какщокадано в работе [c.25]

На рис. 50 приведены результаты испытания сплава ЖС6У, выплавленного методом направленной кристаллизации. Эти. данные показывают, что продольно ориентированная структура более долговечна, особенно при Де>1%. Этот эффект проявляется в большей степени при наличии выдержки на максимальной температуре. В этих условиях в материале накапливается длительное статическое повреждение, а влияние ориентации зерен особенно сказывается на характеристиках длительной прочности. Сопротивление термической усталости образцов с пошереч-ной ориентацией зерен в 1,5—2 раза меньше, чем у образцов с продольной ориентацией. Такое же увеличение долговечности отмечено при испытании сплава Маг-М20 0, выплавленного методом направленной кристаллизации и испытанного при тах= = 1230° С [65]. [c.88]

На рис. 9, а для теплостойкой стали 18-8 приведены кривые температурной зависимости X t)/X to), а на рис. 9, б — кривая 1 термической усталости (неизотермический цикл) со средней температурой tn = 400° С, кривая 2 малоцикловой изотермической усталости при эквивалентной температуре из условия (15) = 400 С и кривая 3 изотермической усталости с поправкой на неравномерность распределения температур [21]. Эта последняя кривая располагается близко к опытным данным при испытании на термическую усталость при такой же средней температуре цикла (в данном случае 400°). Следует полагать, что в величине X (t) отражено влияние Структурных особенностей сплавов на сопротивление термической усталости в связи с внутриструктурной термонапряженностью, превращениями и объемными изменениями. Для отобра- [c.14]

При исследовании влияния многоосного термического напряжения на сопротивляемость углеродистой стали в условиях тер-моциклирования сплошные цилиндрические и сферические образцы нагревали и охлаждали с частотой I и 9 циклов/мин [72]. Тангенциальную и радиальную деформации рассчитывали. Результаты испытаний были обработаны по энергетической теории прочности. Однако вследствие неоднородности напряженного состояния, громоздкости и сложности обработки экспериментальных данных (вычисления велись на ЭВМ), а также принятия ряда допущений (в частности, при повышении температуры коэффициент Пуассона р, — 0,5, а принят ц = 0,3) при определении деформаций, расчет долговечности при термической усталости был весьма приближенным. [c.37]

При испытаниях на термическую усталость жестко закрепленных образцов деформирование материала в полуциклах растяжения и сжатия производят при различных температурах. Деформацию в этом случае вызывают (без изменения жесткости машины) или изменением нижней температуры при Т ,ах = onst, или изменением обоих экстремальных температур при Т р = = onst. Выбор того или иного способа варьирования параметров не оказывает суш,ественного влияния на сопротивление материалов термоусталости при сходственном уровне максимальных температур цикла. Однако более обоснованными и отвечающими реальным условиям эксплуатации элементов теплоэнергетического 74 [c.74]

Оценить влияние химического состава рассматриваемых сталей можно с помощью имеющихся данных испытаний по возникновению и распространению трещин термической усталости, которые в основном проводили при нагреве достаточно массивных обра-цов до высоких температур и охлаждении чаще всего в воде комнатной температуры. [c.139]

В ЦНИИТМАШе исследовали влияние легирующих элементов на распространение трещин термической усталости в аустенитных сталях. Испытания на термическую усталость образцов с концентраторами проводили при температуре цикла 650—20° С, охлаждении в воде, времени выдержки при 650° С, равном 12 и 30 мин. Длину трещин измеряли после 50, 250, 350, 500, 750 и 1000 циклов. С целью изучения влияния размера зерна на развитие трещин испытывали сталь 12Х18Н10Т одной плавки с размером зерна 10—11 и 5—6 баллов. [c.145]

Влияние предела прочности, температуры испытания, концентрации напряжений и упрочнения новерхности на малоцикловую усталость сплавов ВТ8 и ВТ9 было исследовано в работе [257]. Испытание на повторно-статическое растяжение при 20, 200, 350, 450 и 500° С проводили на установках с пульсирующим знакопостоянным циклом нагружения с частотой 14 циклов в минуту. Определение прочности при малоцикловой усталости проводили на гладких и надрезанных образцах (кольцевой надрез глубины 1 мм, d =5 мм). Предел малоцикловой усталости определяли на базе 10 циклов. Влияние предела прочности на малоцикловую усталость изучали на гладких и надрезанных образцах (радиус надреза 0,1 мм, теоретический коэффициент концентрации напряжений 4—6) после стандартной термической обработки иВТМО, которая включала деформацию при 950—970° С с охлаждением в воде и последующее старение. [c.240]

Состояние поверхности, жаростойкие покрытия и среда. Влияние чистоты поверхности на сопротивление термической усталости существенно, хотя и проявляется в меньшей степени, чем при обычной усталости. Так, для сплава на никелевой основе при максимальной температуре цикла 900° С повышение чистоты поверхности с V8 до vio—Vil приводит к увеличению числа циклов до разрушения на 45%. Примерно в такой же степени повышается сопротивление термоусталости стали ХН78Т при введении электролитического и механического полирования. Для сравнения следует указать, что сопротивление механической усталости при этом возрастает по числу циклов в 2,5 раза при электролитическом полировании и в 4 раза при механическом полировании. Сопротивление термоусталости повышается в 2 раза при введении электрополирования хромоникелевых сталей типа 20Х23Н18. Литые полированные образцы из кобальтового сплава S-816 при испытании по режиму (9807 25° С) выдерживают вдвое большее число циклов до разрушения, чем такие же образцы до полировки. [c.82]

По значениям АСп го + 7оо вычислялись значения О для Мр 2296, соответствующего разрушению образца при испытании на термическую усталость. Рассчитанное для условий переменных температур значение 27 > 29,7% практически совпало со значением В при i - 700 С. Полученный результат свидетельствует в пользу предположения о том, что взаимным влиянием процессов де юрмирования при варьировании температуры можно пренебрегать, если в этом диапазоне температур ие имеют места изменения структуры материала и накопление остаточных деформаций во времени (ползучесть материала). [c.198]

Для оценки влияния концентраторов напряжения на сопротивление термической усталости дисков в работе [273] используются модели дисков диаметром 120 мм, имеющие 60 прорезей, шириной 0,5 мм на глубину 5" мм, в концах которых засверливались отверстия диаметром 2 мм. Испытания на термоусталость проводились в условиях различного емени выдержки при максимальной температуре цикла 700 С. Долговечность дисков с концентраторами из стали ЭИ612 оказалась в три раза меньшей, чем у дисков без концентраторов (рис. [c.445]

Предложена [161 методика испытания, которая позволяет учитывать колебания механической и термической нагрузок, ожидаемые при эксплуатации изделия. Образец с покрытием испытывают при температуре, близкой к максимальной рабочей. Применяют сочетание, постоянной нагрузки, составляющей обычно 85% предела длительной прочности основного материала при температуре испытания и переменной нагрузки. Влияние термических циклов шределяется испытаниями, аналогичными описанным В. Л. Эйв-зш [21]. При термической усталости под напряжением образцы нагружаются до уровня, соответствующего приблизительно пре-щщгьной нагрузке при максимальной температуре испытания, в атем образец подвергается действию термических циклов от комнатной до предельной температуры. [c.254]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...