Зарождение магистральных усталостных трещин

Зарождение магистральных усталостных трещин. Зарождение и развитие магистральных усталостных трещин исследовалось с использованием комбинированного метода, включающего в себя метод динамической петли гистерезиса, предусматривающий построение петли в координатах а —е (т — у), который позволяет фиксировать в процессе циклического нагружения энергию, необратимо рассеянную в материале за цикл (площадь петли гистерезиса), и неупругую деформацию за цикл (ширина петли гистерезиса), а также оптический метод,со стробоскопическим освещением, который позволяет наблюдать поверхностную картину трещин. [c.42]

Усталость и неупругость металлов. Выше на примере результатов исследования взаимосвязи поверхностной картины, усталостных трещин и неупругости (неупругой деформации за цикл, равной ширине дина -мической петли гистерезиса) при многоцикловом нагружении ряда пластичных сталей было показано, что неупругая деформация за цикл пропорциональна произведению плотности трещин на их средний размер, которое может быть принято за меру рассеянного усталостного повреждения на стадии зарождения усталостной трещины. Было также показано, что на стадии стабилизации неупругой деформации происходит зарождение магистральной усталостной трещины, после чего процесс усталости определяется развитием этой трещины. [c.67]

Вид напряженного состояния. Представляет интерес рассмотреть соотношение неупругих деформаций за цикл иа стадии стабилизации, характеризующих рассеянное усталостное повреждение в момент зарождения магистральной усталостной трещины при различных видах нагружения. Количество таких экспериментальных данных весьма ограничено и в основном они получены при линейном (растяжение) и плоском (кручение) напряженных состояниях. Результаты исследования неупругих деформаций при симметричном цикле растяжения — сжатия и кручения при многоцикловом нагружении описаны в работе 11711. Достоинством результатов, полученных в этой работе, является то, что испытания при растяжении и кручении проводились на одинаковых образцах и при кручении было обеспечено однородное напряженное состояние, т. е. было исключено влияние градиента напряжений. [c.77]

Оценка относительной живучести ЗК показывает, что она составляет 4-7 %. Эта оценка не включает в себя длительность остановки трещин при их переориентировке. Магистральная усталостная трещина берет свое начало от зоны первоначального разрушения одного из шлиц, и тем самым ее зарождение в зубчатых колесах является более ранним, чем при естественном исчерпании устало- [c.694]

Это объясняется в первую очередь сложностью процесса усталости металлов и недостаточным вниманием при исследованиях к обоснованию взаимосвязи тех структурных характеристик, которые исследовались, и кинетики процессов зарождения и развития магистральных усталостных трещин, которые в конечном итоге приводят к усталостному разрушению. Вторая стадия усталостного разрушения — стадия развития магистральной усталостной трещины. Несмотря на большие достижения в последние годы в области описания развития тре- [c.32]

Прежде чем рассматривать зарождение и развитие магистральных усталостных трещин в металлах и сплавах, рассмотрим, при каких условиях (уровнях напряжений, режимах нагружения, долговечностях, температурах и т. д.) циклического нагружения имеет место усталостное разрушение, т. е. разрушение путем зарождения и развития усталостной трещины, и какими особенностями макроскопического деформирования оно сопровождается. [c.33]

Была проанализирована роль размеров повреждений по поверхности диска на примере одного из испытанных образцов. В зоне максимальных растягивающих напряжений имело место несколько повреждений разных размеров по поверхности. При анализе зоны зарождения трещины установлено, что усталостные трещины зародились от трех повреждений. Причем наиболее опасным повреждением оказался меньший по размерам дефект. Через него прошла магистральная трещина. [c.556]

Обратимся теперь к излому по вскрытой тре-шине, которая явилась продолжением развившейся трещины от указанного выше очага, расположенного вблизи кромки лопатки (см. рис. 11.6). Ее продолжение под основным изломом связано с формированием излома с теми же особенностями рельефа, что были указаны выше. Вместе с тем она имеет сильное загрязнение продуктами фреттинга от контактного взаимодействия берегов трещины. Это связано с ее остановкой на том этапе развития разрушения, когда произошло слияние двух исследуемых трещин. Слияние второй трещины с магистральной происходило в результате образования ее поверхности не от одного, а от нескольких очагов (см. рис. 11.7). Каждый очаг имел самостоятельное распространение, и их слияние обусловило появление второй макротрещины. Каскад растрескиваний, которые были выявлены по границе излома, соответствует каскаду очагов зарождения усталостных трещин вдоль впадины зуба крепления лопатки к диску. Они указывают на такой же характер зарождения полуэллиптических поверхностных трещин, как и в слз ае образования очага у кромки лопатки. Сформированный рельеф излома в указанных очагах свидетельствует о низкой скорости роста трещины в припороговой области усталостного разрушения данного материала. [c.585]

При проведении усталостных микроструктурных исследований металлических материалов методами тепловой микроскопии весьма важно осуществлять количественную оценку процесса зарождения и распространения усталостной трещины. Пр этом чаще всего используют или визуальное наблюдение за распространением магистральной трещины с измерением ее длины с помощью-микроскопа и микрометрической насадки АМ9-2, или методы измерения электрического потенциала в зоне распространения трещины. Автоматические анализаторы изображения позволяют получить данные о длине трещины и площади пластической деформации в ее вершине. [c.286]

Очевидно, циклические деформации, которые определяются размерами и числом микротрещин, возникающих в процессе циклического нагружения, могут быть использованы в качестве меры усталостного повреждения на стадии зарождения усталостной трещины. Эта стадия завершается возникновением магистральной трещины, которая при дальнейшем развитии приведет к окончательному усталостному разрушению. [c.6]

Исследованию рассеянного усталостного повреждения посвящено большое количество работ. Трудно назвать какой-либо физический метод исследования структуры металлов (магнитный, рентгеновский, оптический, электронно-оптический, механический, акустический, голографический, калориметрический, энергетический и т. д.), который бы не обосновывался для исследования усталостного повреждения в металлах на стадии зарождения магистральной трещины. Однако нельзя утверждать, что эти исследования дали возможность разработать методы, позволяющие достаточно надежно прогнозировать на основе измерения характеристик структурного состояния металлов степень исчерпания долговечности образцов и деталей машин. [c.32]

Приведенные данные свидетельствуют о том, что в области напряжений, превышающих предел выносливости, значение неупругой деформации за цикл на стадии стабилизации определяется размерами и числом микротрещин, возникающих при циклическом нагружении. Наилучшая корреляция имеет место между неупругой дес юрмацией за цикл и произведением числа трещин на их средний размер. Вероятностная трактовка этой характеристики была дана в работе [141]. Это позволяет заключить, что циклические неупругие деформации могут быть использованы в качестве меры рассеянного усталостного повреждения на стадии зарождения усталостной трещины. Эта стадия завершается, как уже отмечалось, возникновением магистральной трещины, которая при своем дальнейшем развитии приведет к окончательному разрушению. [c.53]

Оо,2 468 МПа, б = 22,8 %, г з = 46,9 %) и 15 кп (в состоянии поставки, = 413 МПа, оо.г = 267 МПа, 6 = 40,1 %, 1[з = 68,9 %> [1721 для напряжений выше предела выносливости построены зависимости неупругой деформации за цикл от числа циклов нагружения-Стабилизация процесса неупругого деформирования соответствует точке /И, где происходит зарождение магистральной трещины, точка Р соответствует длине усталостной трещины /я размером 1 — 1,5 мм. Число циклов развития этой трещины до окончательного разрушения п составляет весьма небольшой процент средней долговечности Nr который уменьшается, как это видно из табл. 11, с уменьшением напряжений. [c.67]

В процессе испытания образца в вершине надреза зарождаются трещины в виде мелких надрывов на поверхности надреза, которые обычно при максимальной нагрузке сливаются в магистральную трещину. Поэтому максимальную нагрузку можно ориентировочно считать моментом зарождения магистральных макротрещин, и диаграмма нагрузка—прогиб может быть разделена на работу зарождения (до максимума нагрузки) и на работу развития трещины (после максимума нагрузки) Ар. Различные материалы могут иметь одинаковую полную (и удельную) работу, но различную форму диаграммы нагрузка—прогиб. Эта форма зависит от величины максимальной нагрузки и от соотношения между А и Лр (см. рис. 17.11). Величина Ар, отражающая способность материала тормозить начавшееся разрушение в большей степени, чем Аз, характеризует надежность материала как в случае возникновения в нем острой коррозионной, сварочной и особенно усталостной трещины, так и в случае наличия исходной неоднородности (дефекта). [c.282]

Обычно в распространенных конструкционных материалах в большинстве случаев работает квазихрупкий механизм роста усталостной трещины [18]. При этом концентрация напряжений вблизи трещины вызывает пластические сдвиги в перпендикулярных к ее контуру направлениях и образование дислокационных скоплений в пересекающихся плоскостях скольжения (рис. 25). Объединение таких дислокаций вдоль линии пересечения плоскостей скольжения приводит к зарождению микротрещин, которые затем, сливаясь с магистральной, вызывают ее продвижение. [c.93]

Весь сложный комплекс явлений, составляющих существо процесса накопления повреждений при циклических нагрузках, объединяют общим термином — механическая усталость или просто усталость материала. В настоящее время принято считать, что усталостные повреждения на начальной стадии их развития связаны с пластическими деформациями в отдельных зернах поликристаллического агрегата, каким является каждый конструкционный металл или сплав. Указанные пластические деформации возникают лишь в отдельных зернах, ориентированных таким образом, что их плоскости наименьшего сопротивления скольжению близки к плоскостям действия максимальных касательных напряжений. Ориентированные таким образом зерна пластически деформируются еще на ранней стадии нагружения, на которой весь массив кристаллитов в целом ведет себя как упругое тело. Полагают, что соответствующий уровень напряжений составляет примерно 0,6... 0,7 от условного предела текучести То,2. Пластическое деформирование сначала в одном, а затем в обратном направлении сопровождается некоторыми разрушениями, происходящими в микроскопических объемах материала. Возникающие при этом микротрещины постепенно растут и частично сливаются от цикла к циклу. Более длинные трещины растут быстрее, а значительная часть наиболее мелких трещин прекращает свой рост вскоре после своего зарождения. В итоге слияния нескольких микротрещин раньше или позже возникает магистральная трещина, которая вначале видна лишь под микроскопом, а затем по мере развития — невооруженным глазом. Иногда образуется сразу несколько магистральных трещин. [c.334]

Выше уже говорилось о том, что физический процесс усталостного разрушения материала можно разбить на две основные стадии стадию рассеянных повреждений (зарождение и развитие системы микротрещин) и стадию развития магистральной трещины. Относительная длительность первой и второй стадий зависит от многих условий. В инженерных расчетах на усталость обычно исходят из предположения, что появление магистральной трещины равносильно полному разрушению. Поэтому для оценки предельного сопротивления материала рассматривают лишь первую стадию рассеянных разрушений. [c.362]

Процесс усталостного разрушения металлов можно разделить на две основные стадии — стадию зарождения магистральной усталостной трещины и стадию ее развития. Пол магистральной трещиной в этом случае гюдразумевается трещина, которая при заданных условиях нагружения развивается с большей скоростью, чем остальные трещины, и является причиной окончательного усталостного разрушения. Начальные размеры магистральной трещины, т. е. такие размеры, когда магистральную трещину можно выделить из совокупности всех остальных трещин, для пластичных сталей составляют десятые, для высокопрочных сталей сотые доли миллиметра. Стадия зарождения магистральной усталостной трещины (она может быть названа также стадией рассеянного усталостного повреждения) характеризуется наличием большого количества локальных пластически деформированных объемов, являющихся источниками возникновения микроскопических трещин, одна (или несколько) из которых может перерасти в магистральную трещину. [c.32]

Существенное значение в проявлении эффекта градиента напряжений при испытаниях на усталость имеют стадии зарождения магистральной усталостной трещины (стадии рассеянного усталостного повреждения). Это показано как в работах, непосредственно посвященных исследованию структурных изменений на поверхности циклически нагружаемых образцов с различными градиентами напряжений 1247], так и в работах по исследованию неупругих деформаций на стадии стабилизации II58I, [c.82]

Добавление этой дополнительной длительности работы колес с усталостными трещинами к уже установленной для этапа распространения трещины свидетельствует о том, что для двух исследованных ЗК с наработкой 875 и 511 ч после последнего ремонта вся длительность работы детали с усталостной трещиной была существенно меньше после ее зарождения от шлиц. Следовательно, если в ЗК трещины отсутствовали во время ремонта, то существует высокая вероятность того, что в межремонтный период может происходить зарождение и развитие всего процесса усталостного выкрашивания шлиц, последуютцего зарождения и распространения магистральной усталостной трещины до разрушения ЗК. Поэтому для данного вида ЗК при допуске начального выкрашивания шлиц в эксплуатацию было введено дополнительное требование к однократному контролю ЗК при половине наработки межремонтного ресурса. [c.694]

Характер поверхности излома свидетельствует о вязком разрушении образцов при испытаниях в воздухе при нормальной и повышенной температурах. Разрушение при 400°С сопровождается большей пластической деформацией, чем при комнатной температуре. Коррозионно-усталостное разрушение носит хрупкий характер. Фрактографическое исследование поверхности изломов образцов, испытанных в 3 %-ном растворе Na I, показало, что зона зарождения усталостной трещины представляет собой межзеренное разрушение, а зона ее распространения - типичное усталостное разрушение с элементами хрупкого разрушения. Сравнение зоны распространения трещины в образцах, испытанных в воздухе и в 3 %-ном растворе Na I, показало, что количество бороздок в воздухе больше, они рельефнее и длиннее, расстояние между ними меньше, что свидетельствует о более йитенсивном распространении магистральной усталостной трещины в коррозионной среде. Зарождение трещины при температуре испытания 400°С с периодическим смачиванием водой имеет более ярко выраженный хрупкий характер разрушения, чем без смачивания. [c.165]

Глава II посвящена рассмотрению закономерностей зарождения н развития трещин на ранних стадиях с использованием критериев линейной механики разрушения. Особое внимание уделяется анализу деформационных критериев рассеянного усталостного повреждения, условиям зарождения магистральной усталостиой трещины и взаимосвязи традиционных характеристик сопротивления усталостному разрушению с критериями механики разрушения. [c.4]

Первая попытка совместного рассмотрения инкубациоиной стадии и процесса развития макроскопических трещин была предпринята, по-видимому, автором (1959 г.), который предложил двухстадийную модель усталостного разрушения. Эта модель основана на введении двух мер повреждения, одна из которых характеризует разрыхление (степень подготовки материала к образованию усталостной трещины), вторая —размер магистральной усталостной трещины. Этот подход был предложен для объяснения и описания отклонений от линейного закона суммирования повреждений при изменении порядка приложения нагрузок различной интенсивности. В статьях [7, 14 ] концепция двух стадий разрушения получила дальнейшее развитие и доведена до соотношений, позволяющих прогнозировать показатели долговечности в условиях длительного и циклического нагружения. Основой для объединенной теории послужила модель зарождения макроскопических трещин, которая позволяет сформулировать начальные условия для второй стадии разрушения. Вторая стадия состоит в развитии макроскопической трещины либо до критического размера при котором трещина становится неустойчивой, -либо до предельно допустимого значения, после достижения которого данный элемент конструкции или деталь машины условно рассматриваются как разрушенные. Общее соотношение для размера I (длины краевой трещины, полудлины центральной трещины, радиуса дисковой трещины и т. п.) имеет вид [c.115]

Сигналы АЭ в полной мере отражают последовательность процессов зарождения и распространения усталостной трещины. Первый перегиб на акустограмме связан с началом магистрального развития усталостной трещины, что хорошо согласуется с результатами фрактографического анализа. Несколько опережающий подъем уровня сигналов АЭ объясняется возникновением множества очагов около распространенного на поверхности дефекта материала. Только некоторые из них получили дальнейшее развитие. Следует указать на некоторое изменение в характере накопления сигналов АЭ уже в процессе распространения трещины, что отражается временным снижением возрастания шага усталостных бороздок. Эта ситуация отражает особенности проведения испытаний --в указанный временной период имело место снижение уровня внутреннего давления, которое в последующем было восстановлено. Это было связано с течью в патрубке, который был после временной остановки испытаний заменен, и далее поддерживался постоянный уровень внутреннего давления вплоть до течи самого гидроцилиндра. Это отражается в закономерном увеличении шага усталостных бороздок в направлении роста трещины, а также в закономерном возрастании сигналов АЭ. [c.759]

Зарождение трещин связано с возникновением больших растягивающих напряжений в результате скопления дислокаций, образующихся у препятствий или расположенных вдоль полос скольжения, коагуляции вакансий, возникновения экструзий и эитрузий (выдавливания тонких лепестков металла толщиной менее 1 мкм) в полосах скольжения. Известны две основные схемы роста усталостных трещин первая заключается в повторном раскрытии и закрытии трещины, вторая —в слиянии микротрещин или пор с магистральной трещиной. [c.9]

В процессе эксплуатации нефтепроводов возможны технологические и аварийные отключения насосных агрегатов или изменение режима их работы. Вызываемые этим колебания давления в трубопроводе приводят к циклическому изменению напряжений в теле трубы. При одновременном действий коррозионной среды в зонах концентраторов напряжений возникают условия для ма-лоцикловой коррозионной усталости металл труб. Долговечность трубопроводных систем в этом случае будет определяться временем до зарождения усталостной трещины и скоростью ее роста. На первой стадии происходит накопление микроповреждений кристаллической решетки вследствие движения дислокаций и последующего зарождения трещины. На второй стадии трещина стабильно растет до критического размера и переходит в третью стадию механического разрыва. Продолжительность каждой стадии зависит от напряженного состояния металла труб, частоты изменения давления и температуры перекачиваемого продукта, действия коррозионных сред и поляризации металла при катодной защите магистральных нефтепроводов. Таким образом, для оценки истинного ресурса трубопровода необходимо учитывать циклический характер изменения напряженного состояния металла и особенности коррозионного разрушения сварных соединений. [c.9]

С учетом указанного представляет интерес проанализировать полученные ранее [144, 1521 многочисленные результаты 6 взаимос,вязи-характеристик сопротивления усталостному разрушению различных металлов и сплавов и неупругой деформации за цикл на стадии стабилизации, которая, как отмечалось, соответствует моменту зарождения магистральной трещины. Исследования были проведены в основном на сплавах, имеющих высокий уровень неупругих деформаций, как правило, на гладких образцах сравнительно малых поперечных сечений. И в этом случае отличие между числом циклов до окончательного разрушения, которое фиксировалось в исследованиях, и до зарождения трещины размером I—1,5 мм невелико. [c.67]

Одним из наиболее вероятных механизмов распространения усталостной трещины в конце I стадии и в начале II стадии РУТ является механизм распространения трещин в условиях отрыва с реализацией двойных плоских скоплений на некотором расстоянии от вершины трещины [28]. При анализе этого механизма в качестве критерия зарождения дислокационной трещины впереди магистральной трещины было принято условие безактиваци-онного слияния первых четырех дислокаций из двойного скопления. Это слияние происходит при достижении теоретической прочности на сдвиг с образованием дислокационной трещины минимальной длины 2Ь (Ь - вектор Бюргерса). Этот механизм соответствует экспериментально наблюдаемому дискретному [c.123]

Прогнозирование коррозионно-усталостной долговечности магистральных нефтепроводов осуш,ествляется с использованием эмпирических зависимостей. Накопление повреждений до зарождения трещины описывается зависимостью Коффина-Мэнсона. На стадии стабильного роста трещины скорость ее [c.17]

Второе направление в основном развивается в физике твердого тела и материаловедении и редко — в механике, так как оно пока не привело к разработке удовлетворительных феноменологических моделей. Однако развитие множественных дефектов и магистральной трещины — взаимосвязанные процессы, причем не только на стадии зарождения макротрешлны, но и на стадии ее распространения. Макротрещина обеспечивает высокую локализованную концентращ1ю напряжений и деформащ1Й, в этом случае ее поведение становится зависимым от роста появляющихся микродефектов и полостей. Концепция связи разрушения на макро- и микроуровнях позволяет объяснить важнейшие различия между теоретическими выводами, сделанными в классическом приближении к динамическому анализу трещины, и экспериментальными наблюдениями. Необходимо отметить, что в работе [ 3 ] была предложена модель, объединяющая статистический подход (для описания микроповреждений) и детерминированный (для описания макротрещины) в случае усталостного разрушения. [c.160]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...