Распространение трещины при малоцикловой усталости

Распространение трещины при малоцикловой усталости [c.212]

Зависимость распространения трещины при малоцикловой усталости от времени [c.214]

При более высоких скоростях распространения трещины при переходе в область малоцикловой усталости, когда механизм разрушения определяется исходным запасом пластичности и прочности материала, лучшую циклическую трещиностойкость имеет металл шва. Об этом свидетельствуют также результаты испытаний на статическую трещиностойкость (см. рис. 3.3-3.5), из которых следует, что металл ЗТВ имеет более низкие значения Jj.. Основной металл во всем диапазоне исследованных скоростей роста трещины обладает более высокой сопротивляемостью усталостному разрушению, чем металл шва и ЗТВ. По мере выхода траектории трещины из области [c.88]

Существуют два различных подхода в описании малых трещин применительно к области малоцикловой усталости материалов применяется расчетная величина /-интеграла [88, 91, 92, 99, 102, 103] и размах деформации, использующийся в управляющем параметре в качестве основной характеристики [87, 90, 100, 101, 104-107]. Величина/-интеграла определяется коэффициентом интенсивности напряжения во второй степени. Поэтому в первом и во втором подходах имеется однозначная связь скорости роста трещины с ее длиной в соответствии с первым уравнением синергетики. Различие состоит лишь в управляющих параметрах. При использовании /-интеграла управляющий параметр может оказаться зависимым от глубины трещины, тогда как при использовании размаха деформации управляющий параметр остается постоянным на всем этапе стабильного роста трещины. Тем не менее, при обоих подходах описание процесса распространения малых трещин осуществляется [c.244]

В области малоцикловой усталости период распространения усталостной трещины составляет почти половину общей долговечности детали при действии эксплуатационного нагружения. Поэтому представленная оценка числа циклов нагружения диска или дефлектора турбины двигателя 8000 циклов запуска и остановки двигателя после нане- [c.564]

Таким образом, представленные обобщения закономерностей роста усталостных трещин в дисках турбин и дефлекторах ГТД, изготавливаемых из жаропрочных сплавов свидетельствуют о следующем. Разрушение дисков турбин реализуется в области МЦУ, и процесс распространения трещин отражает закономерность формирования каждой усталостной бороздки за полный цикл нагружения диска за период с момента запуска двигателя, полета и полной его остановки после полета. Закономерность роста трещины отражает условие нагружения диска при постоянной деформации. Поэтому проводимые расчеты па прочность, долговечность и живучесть дисков в области малоцикловой усталости (см. главу 1) отражают реальное напряженное состояние дисков и их эксплуатационное нагружение. [c.564]

В результате исследования было, таким образом, подтверждено, что поверхностный наклеп является эффективным средством повышения сопротивления малоцикловой усталости всех исследованных материалов. Показано, что влияние наклепа в большей степени сказывается на увеличении ограниченного предела выносливости по разрушению. Предел выносливости по трещинообразованию изменяется значительно меньше. Полученные закономерности показывают, что как и при обычной многоцикловой усталости, остаточные сжимающие напряжения, возникающие при поверхностном наклепе, тормозят распространение трещин малоцикловой усталости. [c.168]

Техническая характеристика методов измерения распространения трещин малоцикловой усталости при низких температурах дана в табл. 38. [c.448]

Для более точного определения предела усталости следует испытать 3—4 образца при разных напряжениях. Максимальное напряжение должно быть таким, чтобы образец работал в области собственной усталости, а не в области малоцикловой усталости, где законы распространения трещины могут быть иными. [c.101]

При исследовании малоцикловой усталости при высоких температурах все большее внимание уделяют изучению процессов возникновения и распространения трещин и, в частности, влияния на эти процессы воздуха. В некоторых экспериментах обнаруженные изменения углов наклона кривых усталости, появление интеркристаллитных трещин при высоких температурах и при режимах с длительной выдержкой [54, 55], а также заметное увеличение долговечности молибденовой стали при знакопеременном изгибе в вакууме при 500° С [78, 79] объяснялись только окисляющим воздействием воздуха. При этом влиянием ползучести пренебрегали. [c.50]

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]

Термин усталость применяется для обозначения разрушения в виде неожиданного внезапного разделения детали или элемента машины на две или более части в результате действия в течение некоторого времени циклических нагрузок или деформаций. Разрушение происходит путем зарождения и распространения трещины, которая после достижения некоторого критического размера становится неустойчивой и быстро увеличивается, вызывая разрушение. Нагрузки и деформации, при которых обычно происходит усталостное разрушение, намного ниже тех, которые приводят к разрушению в статических условиях. Когда величины нагрузок и перемещений таковы, что разрушение происходит более чем через 10 ООО циклов, явление обычно называется многоцикловой усталостью. Когда же величины нагрузок и перемещений таковы, что разрушение происходит менее чем через 10 ООО циклов, явление называется малоцикловой усталостью. [c.17]

Кроме того, можно считать, что зависящее от времени нагружения распространение трещины, наблюдаемое при высокотемпературной малоцикловой усталости, обусловлено ползучестью. Это положение справедливо, так как указанная зависимость обнаруживается и при высокой температуре и в вакууме, когда не происходит деформационного-старения. При анализе распространения трещины на воздухе особое внимание следует обратить на влияние высокотемпературного окисления. Из результатов работы Коффина, приведенных на рис. 6.26, можно заключить, что в случае, когда первоначальная зависимость скорости распространения трещины от числа циклов нагружения при испытаниях в вакууме переходит при испытаниях на воздухе в зависимость от времени нагружения, в определенной степени проявляются промежуточные свойства указанная зависимость не является зависимостью только от времени. [c.215]

Рис. 6.26. -Влияние частоты нагружения на скорость распространения трещины при малоцикловой усталости стали А286 в вакууме с разряжением 133.10 Па (I) и на воздухе (2) при 593 °С [24]

Результаты экспериментов [41 ], проведенных при комнатной температуре, подтверждают возможность определения скорости распространения трещины при малоцикловой усталости с заданной деформацией с помощью уравнения (6.6). В этом случае А является постоянной величиной. На рис. 6.34 результаты, полученные на малоуглеродистой стали, представлены в зависимости от коэффициента интенсивности псевдонапряжений, определяемого как произведение модуля нормальной упругости Е на коэффициент интенсивности деформаций е [c.218]

Доулинг [44, 45] сделал первую попытку применения /-интеграла в качестве параметра нелинейной механики разрушения для исследования распространения трещины при малоцикловой усталости. Результаты его работы приведены на рис. 6.36. По оси абсцисс отложены величины циклического /-интеграла А/, при этом, рассматривая деформацию за каждый полуцикл растяжения при циклическом нагружении как независимую направленную деформацию, выразили величину / за соответствующий период как AJ. Предложены различные способы определения AJ. Доу-8 219 [c.219]

Исследований, в которых У-интеграл применяется для анализа распространения трещины при малоцикловой усталости при высоких температурах, очень мало. На рис. 6.38 представлены результаты испытаний на распространение трещины в нержавеющей стали 316 при зависящей от числа циклов нагружения (см. рис. 6.28) усталости при высоких температурах и v 5 цикл/мин в зависимости от ДУ. В данном случае способ определения ДУ несколько отличается от способа Доулинга. Как показано на рис. 6.37, справа, авторы применяют [25 I диаграмму нагрузка — раскрытие центра трещины Р — V). Это вызвано тем, что для исследования применяли образцы со сравнительно короткой, мелкой трещиной относительно ширины образцов, поэтому (см. разд. 5.3.5) более точную величину У-интеграла можно определить, используя раскрытие центра трещины V вместо раскрытия точки приложения нагрузки б. Приняли, что линия от точки а до [c.222]

Известно, что расстояние между полосами определяет перемещение трещины за один цикл. Следовательно, подрастание усталостной треш.ииы в данном случае происходит нелинейно и ускоряется перед дорывом. Результаты фрактографического анализа показывают, что усталостная трещина при малоцикловой усталости зарождается в теле зерен и характер ее распространения является внутризеренным. Следовательно, при малоцикловом нагружении конструкционной стали 15Г2АФДпс изменение характера макроразрушения связано с изменением характера микроразрушения на структурном уровне статическому разрушению соответствует внутризеренное распространение трещины, квазистатическому — смешанное, малоцикловому усталостному — внутризеренное. При этом следует отметить, что нет принципиального различия в характере разрушения стали 15Г2АФДпс при испытаниях в условиях малоцикловой и классической многоцикловой усталости в одном и другом случае при развитии усталостной трещины происходит внутризеренное разрушение [4]. [c.138]

ГО излома можно судить о величине максимального напряжения цикла. Чем больше площадь статического долома, тем выше нагрузка. Шероховатость этой зоны также завис№г от амплитуды напряжений. Меньшему значению амплитуды напряжений соответствует более гладкая поверхность усталостного излома. Усталостные линии представляют макроскопические признаки усталостного излома, связанные с замедлением скорости или задержкой распространения трещины. Они соответствуют амплитудам напряжений, не приводящим к увеличению длины трещины после действия более высоких амплитуд. Отсутствие усталостных линий свидетельствует об устойчивом распространении трещины при неизменной амплитуде напряжений. Различие расстояния между усталостными линиями свидетельствует об изменяющемся характере приложенных напряжений циклов. С увеличением длины грещины скорость ее распространения возрастает, в результате чего увеличивается шероховатость поверхности излома. В области статического долома разрушения носят сдвиговой характер. Макрофрактографические особенности изломов малоцикловой усталости заключаются в строении собственно усталостных изломов. При относительно малом числе циклов нагружения (до тысячи) изломы при малоцикловой усталости близки к таковым при статическом растяжении. Разрушение сопровождается заметной макроскопичской деформацией (сужением). По мере увеличения числа циклов нагружения характер разрушения изменяется от вязкого к хрупкому разрушению. Поверхность собственно усталостного излома более шероховатая и составляет значительно меньшую долю в изломе, чем зона статического долома. [c.121]

Рис. 6.16. Изломы образцов из стали 18Сг—l2Ni—Мо (SUS 316) при испытаниях на распространение трещины при высокотемпературной малоцикловой усталости при знакопеременных напряжениях прямоугольного цикла (650 °С, = 170 МН/м , направление распространеиия трещины слева направо) [25] а — г = 0,00167 Гц (0,1 цикл/мин) б — V = 0,0167 Гд (1,0) в V 0,167 Гц (10,0)

На рис. 6.26 приведена зависимость скорости распространения трещины от частоты нагружения в сплаве А 286 (15 % Сг, 26 % Ni, 2 % Ti, 1,25 % Mo) при малоцикловой усталости со знакопеременным треугольным циклом нагружения и амплитудой пластической деформации = 0,2 %. Соотношение между dlldN и Абр выражается уравнением [c.212]

А1, 1,2 Ti, Ni — ост.) от частоты нагружения при комнатной температуре в воде. В области высоких частот нагружения (>1 Гц) наблюдается зависимость скорости dlldN от числа циклов нагружения, она такая же, как и на воздухе. В отличие от этого в области низких частот нагружения проявляется зависимость только от времени нагружения наблюдается полностью интеркристал-литное разрушение, т. е. закономерности распространения трещины аналогичны приведенным на рис. 6.27—6.29. Однако рассматриваемый случай — это случай коррозионной усталости, ползучесть не оказывает влияния на кинетику процесса. Ниже описаны результаты исследования на основе нелинейной механики разрушения, приведенного с целью объяснения характерных особенностей распространения трещины при зависящей от времени высокотемпературной малоцикловой усталости с учетом циклического изменения деформации ползучести. [c.215]

Рис. 6.31. Способ определения У-кнтеграла ползучести, характеризующего распространение трещины при зависящей от времени t высокотемпературной малоцикловой усталости при прямоугольном цикле напряжений

Рис. 6.34. представление результатов испытаний на распространение трещины в малоуглеродистой стали (1018) при малоцикловой усталости на воздухе при комнатной температуре в зависимости от размаха коэффициента интенсивности псевдоупругих напряжений (v = 2,5 Гц Д РК = = Е Дв VI) [27] [c.219]

На рис. 6.35 приведены результаты испытаний на распространение трещины в стали с 0,04 % С при многоцикловой усталости с заданным напряжением (/ = 0) и при малоцикловой усталости с заданной деформацией (знакопеременная деформация R = —1). На рис. 6.35, а скорость распространения трещины ll/dN представлена в зависимости от эффективного коэффициента интенсивности напряжений При многоцикловой усталости, в частности, имеется период, когда вершина трещины в течение одного цикла закрывается, поэтому АК Ктах Ктш не является определяющим параметром механики разрушения. Параметр AKeff определяется [43] как амплитуда изменения величины К от Kopening> при котором трещинз раскрывается, до [c.219]

В разделе 6.2.2 рассмотрено влияние высокотемпературного окисления (см. рис. 6.26) на распространение трещины при высокотемпературной малоцикловой усталости. У гладких образцов также наблюдается различие усталостной долговечности при испы-таниях в вакууме и на воздухе. Коффин показал, что это обусловлено влиянием атмосферы в высоком вакууме не обнаруживается такой зависимости от времени нагружения, которую можно было бы объяснить влиянием ползучести. Поэтому зависимость от времени следует рассматривать как результат влияния среды на усталостные характеристики [601. Результаты, иллюстрирующие влияние атмосферы на независимость усталостной долговечности гладких образцов из стали А 286 от частоть нагружения (соответствующие данным рис. 6.26) приведены на рис. 6.51. При испытаниях на высокотемпературную малоцикловую усталость в вакууме или атмосфере инертного газа влияние времени не наблюдается, усталостная прочность почти не отличается от малоцикловой усталостной прочности при комнатной температуре (рис. 6.52). [c.234]

Рыбакина О. Г. Распространение трещины при термостатическом растяжении Докл. на Всесоюз. рабочем симпоз. по вопр. малоцикловой усталости.— Каунас, 1977.— 11 с.— Каунас, политехи, ин-т. [c.241]

Для материалов, работающих в условиях граничной смазки, самосмазывающихся материалов, в ряде других случаев фрикционного взаимодействия твердость поверхностного слоя не является определяющим параметром износостойкости. Большое значение приобретают способность поверхностных слоев многократно передеформироваться, не испытывая сильного наклепа, химическая активность поверхности в отношении окружающей среды и контртела, возможность образования поверхностных слоев с развитой анизотропией механических свойств. С точки зрения структуры, сопротивление материала усталостному изнашиванию определяется прежде всего энергией, необходимой для зарождения трещин, и скоростью их распространения. Положительное влияние ионной имплантации на прочность при малоцикловой усталости связано прежде всего с появлением радиационных дефектов, улучшающих гомогенность деформации (измельчение полос скольжения), и снижением энергии дефектов упаковки при образовании поверхностных сплавов. В условиях многоцикловой усталости большое значение приобретают остаточные напряжения, возникающие при легировании поверхности. В большинстве случаев глубина зарождения усталостных трещин при изнашивании значительно превосходит глубину имплантированного слоя. Исходя из этого, можно предположить, что имплантация влияет не на зарождение трещин, а на их развитие и выход на поверхность. В табл. 3.4 суммированы некоторые результаты исследования износостойкости ионно-легированных слоев в условиях граничной смазки и усталостного изнашивания [26]. [c.97]

Это противоречие, очевидно, можно объяснить тем, что исследовали [364j область малоцикловой усталости, когда при высоких нагрузках возникают большие пластические Деформации, которь(е существенно влияют на условия распространения трещины при последующем снижении нагрузки. В нашем случае изучали область многоцикловой усталости, при которой даже наиболее высокая амплитуда напряжения цикла, равная 500 МПа, была существенно ниже предела текучести исследуемых сталей. В этих условиях в вершине развивающейся трещины, очевидно, имеют место пластические сдвиги, однако преобладЫщей будет упругая деформация. Можно также предположить, что взаимное влияние чередований нагрузки в нашем случае было кратковременно и не могло быть обнаружено принятой методикой определения скорости роста трещины. Действитель- [c.286]

Чередование участков, соответствующих усталостному распространению трещин, и участков хрупкого проскальзывания наблюдается на массивных образцах вблизи зоны дорыва и на плоских образцах при малоцикловой усталости. Особенностью макростроения усталостных изломов деформированных жаропрочных сплавов на никельхромовой основе, имеющих структуру твердых растворов с дисперсными выделениями упрочняющих фаз, является наличие на их поверхности (так же как на изломах алюминиевых и магниевых сплавов) характерной складчатости, наблюдаемой даже визуально или при небольшом увеличении (рис. 11.5). Эта складчатость присуща изломам, полученным как при комнатной, так и при повышенных температурах. [c.357]

Распространение усталостных трещин в любом материале происходит последовательно на разных масштабных уровнях. Принято разделять масштаб реализуемых процессов роста трещины, вводя представления о коротких, малых и длинных треп1инах [1-12]. Короткие трещины изучают при постоянной циклической нагрузке образца, тогда как малые трещины, как правило, изучают в области малоцикловой усталости при постоянной деформации (рис. 3.1). Важно подчеркнуть, что различие коротких и малых трещин состоит в первую очередь в том, что они относятся к разным процессам разрушения материала. Короткие трещины развиваются от поверхности при возможно самых низких уровнях коэффициента интенсивности напряжения, тогда как малые трещины развиваются в области малоцикловой усталости при высоком уровне номинального (или эквивалентного) напряжения (рис. 3.2). Существует предельная граница для уровня номинального напряжения, ниже которой возникающие усталостные (короткие) трещины не распространяются (рис. 3.2б). Переход от коротких к длинным трещинам при увеличении уровня номинальных напряжений сопровождается постепенным уменьшением скорости роста трещин, а далее происходит вновь увеличение скорости (рис. 3.2а). При малых размерах начальные трещины могут останавливаться и не распространяться в материале. После некоторого нарушения монотонности в изменении скорости коротких трещин по мере возрастания длины трещины происходит присое- [c.130]

Показатель деформационного упрочнения п, определяющий интенсивность протекания процесса пластической деформации материала, рассчитывают в соответствии с уравнением Коф-фина-Мэнсона (5.37). Он является основной константой, от которой зависит скорость роста усталостных трещин в области малоцикловой усталости при фиксированном уровне размаха пластических деформаций Ле ,/. Испытания, например, сплава 800Н при 700 °С со скоростью деформации 4-10 с показали, что соотношение (5.35) достаточно точно позволяет оценить распространение усталостных трещин [112]. В результате обобщения экспериментальных данных по различным маркам нержавеющих сталей (8 марок) и жаропрочным сплавам (6 марок) установлено, что показатель степени при размахе пластической деформации изменяется в интервале 1-2 [110]. [c.246]

Частота возможного нагружения детали от вибрационных нагрузок в рассматриваемой конструкции гиромотора составляет не менее 10 Гц. Если исходить из того, что именно вибрационная нагрузка вызывает распространение усталостной трещины в детали и приводит к формированию усталостных бороздок, то длительность роста трещины составит не более 1 мин. Представленная длительность процесса разрушения противоречит выявленной морфологии рельефа излома. Выше было подчеркнуто, что рельеф излома характеризует процесс разрушения под действием нагрузок высокого уровня в области малоцикловой усталости с большим по величине шагом усталостных бороздок (1,5-2,0 мкм). Обстоятельства отказа также подтверждают низкую вибронапряженность детали. Уровень обычной вибрации в процессе развивавшейся трещины не был отмечен при работе гидромотора (до обнаружения отказа афегата). [c.742]

Клиновидные трещины образуются преимущественно в стыках трех зерен, развиваются вдоль одной из границ и связаны с заторможенным межзеренным проскальзыванием. Поперечные границы являются препятствием для распространения трещин, поэтому на начальной стадии процесса разрушения трещины распространяются от одного узла границы до другого. Чаще всего клиновидные трещины образуются при перегревах в паропере-гревательных трубах из стали 12Х18Н12Т, в перлитных сталях в местах затрудненной деформации — там, где имеется сочетание высокотемпературной малоцикловой усталости и ползучести, а [c.13]

Исследование закономерностей усталостного разрушения металлов показало, что длительность периода развития усталостных трещин может составлять основную часть общей долговечности образца. Известно, что отношение числа циклов, необходимых для зарождения трещины, к числу циклов распространения трещины до разрушения образца зависит от механических свойств материала и уровня амплитуды напряжения. С повышением амплитуды напряжения это соотношение понижается и в малоцикловой области числом циклов, необходимым для зарождения трещины, можно пренебречь, Прямые наблюдения развития микротрещииы при циклическом нагружении металлов позволяют высказать гипотезу о возникновении трещин критической длины в конце стадии зарождения, которой соответствует число циклов на экспериментально определенной линии повреждаемости (линия Френча). Трещины критической длины возникают также при нагружении исследуемых металлов с амплитудой напряжения, равной пределу усталости. При определенных условиях они являются нераспространяющимися трещинами и определяют предел усталости металлов с точки зрения механики разрушения. [c.14]

Фрактографические исследования характера разрушения других сплавов в малоцикловой области, испытанных при пульсирующем нагружении с частотой 2 цикл/мин, также показали, что переломы на кривых малоцикловой усталости обусловлены изменением типа,, или микромеханизма разрушения на структурном уровне. Так, для хромоникелевого сплава ЭИ437БУ статическое разрушение, как и квазистатическое, сопровождается межзеренным распространением трещины (см. рис. 3, г, д), а усталостное — внутризеренным (см. рис. 3,е). В зоне разрушения, которая образуется при доломе образца на последнем цикле после развития трещины до критической величины, наблюдается смешанное разрушение (см. рис. 3, ж). Аналогичное изменение характера макро- и микроразрушения при переходе от одних участков предельных кривых малоцикловой усталости к другим четко прослеживается и для других сплавов. [c.138]

В настоящее время опубликован ряд материалов, посвященных вопросам малоцикловой усталости при повышенных температурах и характеризующих новые результаты исследований по механике упругопластически и циклически деформируемых элементов конструкций, по механике возникновения и распространения в них трещин, по применению этих результатов для расчета прочности и ресурса на стадии проектирования. [c.4]

При температурах, для которых на накопление деформаций и возникновение разрушения влияет время, т. е. когда проявляется ползучесть и длительное статическое повреждение, скорость развития трещин чувствительна к скорости деформирования, а в связи с этим и к частоте. Для описания процесса развития трещины привлекается условие циклического разрушения (5), отранчаю-щее частотный эффект, при этом для малоцикловой усталости второй член может быть опущен. Скорость распространения трещины предлагается [41] выразить, во-первых, в форме, напоминающей зависимость от интенсивности деформации [c.33]

Считают, что этот параметр эффективно характеризует распространение трещины. Применимость указанного параметра в настоящее время подтверждена экспериментально во многих работах. При низких скоростях распространения трещины мм/цикл) можно применять линейную механику разрушения с использованием параметра AKeff, при более высоких скоростях — применение линейной механики разрушения невозможно, это — область малоцикловой усталости. [c.219]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...