Характерные циклы термической усталости

Анализ результатов испытаний материалов на термическую усталость [34, 71, 81, 99, 102, 194, 205] выявил определенную не-стационарность процесса циклического упругопластического деформирования образца, причем нагружение может сопровождаться накоплением с числом циклов односторонней деформации растяжения и сжатия вследствие формоизменения рабочей части с образованием характерных зон шейки и бочки (рис. 1.3.4). Следует подчеркнуть, что указанные особенности деформирования связаны с условиями испытаний (жесткостью нагружения, уровнем температур цикла, скоростью нагрева и охлаждения, видом термического цикла) и определяются различным сопротивлением статическому и циклическому деформированию частей образца, нагретых в различной степени из-за наличия продольного градиента температур, характерного для термоусталостных испытаний. [c.48]

Таким образом, анализ результатов испытаний жаропрочных сплавов на термическую усталость выявил существенную нестационарность процесса циклического упругопластического деформирования образца и возможность накопления деформаций растяжения и сжатия вследствие формоизменения рабочей части образца. Указанные особенности деформирования связаны с условиями испытаний (жесткостью нагружения, видом и параметрами цикла температур и т. д.) и определяются различным сопротивлением статическому и циклическому деформированию частей образца, нагретых в разной степени вследствие продольного градиента температур, характерного для термоусталостных испытаний. [c.43]

Требования к установкам на термостойкость определяются характерными особенностями метода испытания на термическую усталость деформирование в условиях, близких к условиям заданной деформации непрерывное изменение в течение цикла механического состояния материала вследствие изменения температуры разрушение при значительных знакопеременных пластических деформациях при общем числе теплосмен менее 10 . [c.170]

Размах напряжений Асг в цикле в условиях термической усталости оказывается наименее стабильным параметром. На величину A t влияют нестабильность физико-механических свойств и термо-циклического упрочнения материала и релаксация термических напряжений, особенно при максимальных температурах цикла. Если учесть еще структурные изменения материала для разных этапов термоциклического деформирования, то форма петли упругопластического гистерезиса существенно изменится. Например, для термической усталости наиболее характерна несимметричная по напряжениям в полуциклах нагрева и охлаждения петля гистерезиса. [c.6]

Следует, однако, различать явления термической и механической малоцикловой усталости, происходящей при высокой постоянной температуре. Термическая усталость связана с непостоянством температуры в цикле, обусловливающим протекание ряда характерных для этого явления процессов. При термической усталости циклическое пластическое деформирование происходит в определенном интервале температур и в полуциклах нагрева и охлаждения оказывает различное влияние на характер изменения структуры и свойств материала. Например, помимо естественного различия физико-механических свойств материала при максимальной и минимальной температурах цикла может существенно отличаться характер происходящих в структуре процессов (растворение или выделение частиц второй фазы в гетерогенных технических сплавах). [c.7]

Разрушение при термической усталости может быть обусловлено как усталостью, так и ползучестью в зависимости от прочностных и пластических свойств материала, температурных, нагрузочных и временных характеристик цикла, структурных факторов и т. п. Напряжения, действующие в материале при максимальной температуре, вызывают изменение структуры свойственное ползучести, а циклическое воздействие температурных напряжений обусловливает возникновение процессов, характерных для усталости. [c.8]

Как видно из анализа повреждений теплоэнергетического оборудования, весьма важное значение имеет наличие окислительной среды (вода, пар, конденсат), обусловливающей явление корро-зионно-термической усталости. Воздействие окислительной среды заключается главным образом в ее специфическом влиянии на кинетику возникновения и роста термоусталостных трещин. При этом основное воздействие окружающей среды, так же как и термических напряжений, сосредоточено в поверхностных слоях детали. Коррозионно-усталостные процессы, характерные для элементов теплосилового оборудования, интенсифицируются при асимметричном цикле нагружения, наличии дефектов в защитной окисной пленки на поверхности металла, остановах и т. д. [c.20]

Для деформации при термической усталости проскальзывание по границам зерен уже характерно на первых циклах, в результате чего на поверхности шлифа проявляются границы. Установлено, что зерна смещаются как в плоскости шлифа, поворачиваясь па некоторый угол одно относительно другого, так и в перпендикулярном направлении. В этом случае, как показали результаты интерференционного метода исследования, на поверхности образца образуется вертикальная ступенька. С увеличением числа циклов происходит накопление зернограничной деформации, о чем можно судить по значительному расширению границ. Это явление происходит чаще всего при термоциклировании в области высоких температур и имеет сходство с обычной ползучестью, которой также присуща деформация цо границам зерен, [c.102]

Для термической усталости характерно значительное увеличение плотности дислокаций в начальный период испытаний (10— 15% jVp) и образование ячеистой дислокационной структуры в конечный период. С другой стороны, с увеличением максимальной температуры цикла и времени выдержки при ней, т. е. факторов, обусловливающих диффузионные явления свойственные ползучести, начинает образовываться полигональная структура с очищением тела блоков от дислокаций. При термической усталости эти процессы протекают быстрее чем при ползучести [39]. [c.119]

Рис. 66. Кривые циклов напряжение — температура для характерных методов исследования термической усталости (19

Исследования влияния надреза на термическую усталость показали, что это влияние значительно и зависит как от формы надреза, так и от его глубины. При этом оно становится все более заметным по мере повышения количества термических нагрузок. Кинетика образования трещин и глубина их залегания характерны для любого материала [136,148]. Результаты исследований, полученные методом вращающегося диска при цикле нагрева 300—970 К, приведены на рис. 74. Боль- [c.93]

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]

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]

Термическая усталость — это изменения структуры и формы, сопровождающиеся разрушением материалов в результате действия циклических нагревов и охлаждений. Трещины — наиболее характерный вид разрушения, вызываемый термической усталостью. Трещины возникают на поверхности детали после определенного числа циклов. Их количество непрерывно увели- [c.701]

В условиях неизотермического нагружения, когда полуцикл растяжения протекает в высокотемпературной части цикла нагрева, особенно повышается роль пластичности. Показательны в этом отношении данные, приведенные на рис. 3, б и полученные в разных контрастных условиях неизотермического нагружения. Например, сравнение кривых 5 и б на рис. 3, б показывает, что более сильное охрупчивание сплава при 973 К приводит к существенному (до трех раз) снижению долговечности в сравнении с аналогичными данными для температурного режима с максимальной температурой 1133 К. Характерно, однако, что уровень располагаемой пластичности, по-видимому, на сопротивление малоцикловой усталости влияет незначительно, если полуцикл сжатия механического нагружения приходится на диапазон высокотемпературной части термического цикла нагрева. Об этом свидетельствует близость данных по малоцикловой неизотермической усталости (см. рис. 3, б, кривые 1—4). [c.39]

Трещины из-за термических причин могут возникать и в кипятильных трубах при нарушении в них нормальной циркуляции воды. При пульсирующем характере потока пароводяной смеси в отдельных участках труб периодически образуются пузыри перегретого пара, которые в последующем смываются потоком воды. Длительное повторение подобных циклов теплосмен приводит к тепловой усталости металла с образованием трещин в плоскости, перпендикулярной главной оси трубы. Пример подобного повреждения кипятильной трубы на котле типа Фостер — Уилер на одном из заводов Урала приведен на рис. 10-2. Некоторые другие характерные примеры образования трещин приводятся ниже (см. 10-3). [c.236]

Повреждение структуры эвтектического сплава с различными коэффициентами линейного расширения фаз после термоцикли-рования в широком интервале температур показано на рис. 35 и 36. В первом случае псевдобинарная эвтектика Ni — Nb подвергалась воздействию около 1800 циклов в интервале температур 400—1130° С. Испытания проводили в приспособлении для сжигания газа. В поперечном и продольном сечениях материала после испытания видно, что матрица рекристаллизована, а волокнистая фаза разрушена (рис. 35). Во втором случае сплав Со — 15%Сг — Nb подвергался 1500 термическим циклам в интервале температур 400—1130° С путем нагрева в электрической печи сопротивления. Аллотропия матрицы, а также различие в коэффициентах линейного расширения фаз способствуют образованию микроструктуры, характерной для термической усталости (рис. 36). Карбиды, представляющие собой в исходном состоянии длинные и иглообразные кристаллы, повреждаются по мере того, как матрица претерпевает повторные превращения и образуются новые зерна. Б данном случае не следует ожидать излома и дробления волокон из-за высокой прочности карбидов, хотя явно выявляются возникающие при этом высокие локальные напряжения. В более сложных сплавах упрочненных [c.155]

На рис. 31 приведена серия эталонов, представляющая в пяти разрядах шесть характерных случаев термической усталости. Серия эталонов позволяет сделать различие между сеткообразными растрескавшимися поверхностями (малых, больших размеров), поверхностями с продольными трещинами и поверхностями, имеющими вид обгорелых апельсиновых корок . На основе одного из перечисленных методов оценки можно характеризовать сопротивление инструментальных сталей термической усталости. Так, можно однозначно показать, что увеличение твердости данной инструментальной стали (или же снижение ее вязкости) повышает ее склонность к термической усталости. Это подтверждает также наблюдение, констатирующее, что число циклов, вызывающее растрестшвание общей длиной 40 мм, у различных инструментальных сталей для горячей деформации изменяется в зависимости от критического коэффициента интенсивности напряжения, характеризующего вязкость стали (рис. 32). [c.51]

Основные характерные особенности явления термической усталости заключаются в следующем [93] 1) деформирование происходит в условиях, близких к условиям заданной деформации 2) в течение цикла непрерывно изменяется механическое состояние материала, 3) важную роль играют термоструктурные напряжения, накладывающиеся на поле макронапряжений 4) вследствие неравномерности нагревов и охлаждений наблюдается существенная локализация деформации 5) разрушения наступают при значительных знакопеременных пластических деформациях при общем числе теплосмен (циклов), характерном для повторно-статического нагружения. [c.161]

Роль статического повреждения, столь характерного для реальных режимов теплосмен, оценивают с помощью специальных термоусталостных испытаний по термическому циклу с выдержкой при максимальной температуре. Термоусталостное разрушение в таких условиях называется длительной термическо) усталостью. [c.20]

Важной особенностью испытаний на термическую усталость является, как отмечено, неоднородность поля деформаций по длине образца, изменяющаяся с числом циклов вследствие различного сопротивления статическому и циклическому деформированию частей образца, нагретых в разной степени. Поцикло-вая трансформация поля деформаций приводит к тому, что на различных участках образца может накапливаться односторонняя деформация разных знаков с образованием характерных зон — шейки и бочки [40]. [c.36]

В испытаниях на термическую усталость с варьируемой жесткостью нагружения [4,5, 10] это связано прежде всего с режимом неизотермического малоциклового нагружения (жесткость нагружения, уровень максимальной температуры цикла, скорость нагрева и охлаждения, длительность выдержки) и определяется различным сопротивлением статическому и циклическому деформированию частей образца, нагретых в разной степени из-за продольного градиента температур, и протеканием реологических процессов на этапе выдержки при высокой температуре [4, 10]. На рис. 4, б показано, что зффект одностороннего накопления деформаций существенно проявляется в характерной для малоцикловой усталости области чисел циклов (до 10 ) и в определенных условиях (большая жесткость нагруяшния — до 240 Т/см и длительная выдержка — до 60 мин), возможно накопление перед разрушением деформаций, близких к величинам статического однократного разрыва (кривые 7,5, 5) при соответствующем времени деформирования в условиях неизотермического нагружения. При этом реализуется смешанный или квазистатический (длительный статический) характер малоциклового разрушения. [c.40]

Установлено, что для сравнительной оценки рассмотренных случаев пригодны следующие показатели длительность инкубационного периода зарождения трещины, длина умеренно повышающихся участков и характерная для них скорость распространения трещин, а также число циклов до разрушения. Из трех показателей сопротивления материала термической усталости можно выделить в первую очередь второй фактор и скорость распространения трещины. Результаты свидетельствуют о том, что с помощью данного метода можно хорошо определить отклонения в поведении разных материалов при термической усталости. Например, для образцов толщиной 6 мм числа термических циклов до разрушения у различных сплавов были следующие для AIMgSi N = 2290 AlMgS N =1688 AlZnMgl N =532 и для Al 99,5 N =340. [c.408]

В результате испытаний получают характеристики сопротивления термической усталости в виде зависимостей долговечности по числу циклов до разрушения от размаха пластической или упругопластической деформации. На основании большого числа исследований можно утверждать, что с достаточной для практических расчетов точностью в характерном для теплоэнергетики интервале термоциклических долговечностей (10 —10 циклов) экспериментальные данные удовлетворительно аппроксимируются степенными уравнениями типа Л. Ko(JxJ)HHa—С. Мэнсона [c.33]

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]

Пределы температурного цикла нагружения, а также время сикла оказывают определяющее влияние на термическую усталость и чем больше интервал температурного цикла, тем больше термические напряжения. Наиболее существенным здесь является влияние верхней температуры цикла. При повышении температуры снижается предел текучести, а также ускоряется процесс ползучести. Влияние времени выдержки при верхней температуре термического цикла на количество циклов до разрушения материала можно определить И7] по формуле q N - В - Ь 1д г, где Л/ - количество циклов до разрушения матер><ала t — время выдержки при максимальной температуре В лЬ — постоянные величины, характерные для данного материала и нагружения. [c.89]

Зависимость твердости после термической усталости стали 20Х2М от расстояния от внутренней поверхности приведена на рис. 90 [165]. В приповерхностной зоне наблюдается снижение твердости и она минимальна в тонком слое толщиной 2 мм. Другой характер изменения твердости наблюдается в сплавах железа с алюминием, а также в сплавах железа с медью. Характерные изменения твердости образцов из разных материалов, подвергнутых циклическому нагреву и охлаждению по методу вращающегося диска, после термической усталости приведены на рис. 91 и 92. В тонком поверхностном слое толщиной до 0,2 мм видно значительное снижение твердости, а затем в слое толщиной от 0,2 до 1,5 мм - локальный максимум. На большем расстоянии происходит стабили ия твердости. Такой характер изменения твердости сохраняется и после различных режимов термической обработки. На рис. 93 показано изменение пластической деформации в зависимости от термических циклов. [c.107]

Трещины термической усталости. Разрушение деталей после многократного воздействия периодически изменяющегося во времени уровня термических напряжений представляет собой явление термической усталости. Разрушение при термической усталости наступает при значительных знакопеременных пластических деформациях при общем числе тепло-смен (циклов), характерном для повторностатических нагружений. Термическая усталость является особенно серьезной проблемой, например, в газовом хозяйстве, где температура деталей изменяется с большой скоростью, в самолетных конструкциях, подвергающихся кинетическому нагреву при эксплуатации электростанций (когда термические напряжения возникают при пуске и останове агрегатов) и металлургического оборудования (изложниц, прокатных валков, штампов), где поверхность металла повторно нагревается и охлаждается. [c.162]

На рис. 5.10 приведены примеры кривых термической усталости, построенных при разных длительностях цикла. Долговечность существенно уменьшается при введении выдержки. С увеличением выдержки наклон кривых возрастает, т. е. зависимость числа цикт лов от амплитуды деформации становится менее выраженно ,. вследствие возрастаюш,его влияния статического повреждения. Сле довательно, долговечность npj-i циклах с длительными выдержками перестает быть характерной величиной для оценки сопротивления разрушению. Оказывается необходимым учет длительности нагружения, т. е. не только числа циклов, но и времени работы материала. Зависимость Ае от Л р может быть принята линейной в лога рифмической системе координат [c.168]

На рис. 2.1 приведены кривые термической усталости теплостойких сталей 12Х18Н9Т и 37Х12Н8Г8МФБ, полученные при изменении температуры в цикле от 100 до 700° С и изменении длительности цикла соответственно в 10 и 100 раз. Эти кривые являются достаточно характерными для жаропрочных материалов. Здесь Де — размах полной деформации, включающей и развивающуюся в течение цикла деформацию ползучести. [c.75]

При малоцикловом нагружении получают кривые усталости для основного металла, металла сварного шва и его характерных зон (переходггой зоны и зоны термического влияния) при мягком и жестком нагружениях с симметричным и асимметричным циклом. [c.119]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...