Эффект концентрации напряжений в сталях

ЭФФЕКТ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В СТАЛЯХ [c.159]

Влияние концентрации остаточных напряжений. В работах Г. В. Ужи-ка было показано, что эффект концентрации напряжений в надрезе существенно уменьщается с ростом постоянного напряжения. Аналогично этому остаточные напряжения, как постоянные напряжения, изменяют в ту или иную сторону коэффициент концентрации напряжений. Это положение подтверждено многочисленными экспериментальными данными, приведенными в работах И. В. Кудрявцева. Однако изменение эффективного коэффициента концентрации объясняется не только изменением коэффициента асимметрии цикла. Одним из источников изменения чувствительности сталей к надрезу является концентрация остаточных напряжений. [c.298]

Эффективный коэффициент концентрации обычно меньше теоретического. Эффективные коэффициенты концентрации определяются опытным путем. Исследования показали, что более хрупкие высокопрочные стали чувствительнее к эффекту концентрации напряжений, которая сильнее сказывается на снижении предела выносливости. В расчетах Ка и Кх следует брать из таблиц или [c.334]

Различные материалы обладают различной чувствительностью к концентрации напряжений. Более хрупкие высокопрочные стали чувствительнее к эффекту концентрации напряжений, которая сильнее сказывается на снижении предела выносливости, а чугун, наоборот, малочувствителен к концентрации напряжений. В расчетах К, и X, следует брать из та- [c.295]

Выше отмечалось, что для перлитных и аустенитных сталей в критерии прочности типа (4.13) у4о=0,5, а для никелевых сплавов /4=0,9. Это говорит о том, что в обследованных партиях металла сталей эффект влияния внутренних напряжений и локальных пластических деформаций в микрообъемах металла в равной степени отражается на влиянии на разрушение при ползучести 71 и (Т,. Никелевые сплавы представляют более сложный объект. Например, в [75] показано, что легирующие элементы (алюминий и титан) влияют на степень концентрации напряжений на границе раздела фаз из-за различия параметров решетки твердого раствора и вторичной фазы. [c.156]

Высокая эффективность поверхностного наклепа для крупных деталей подтверждается и данными, полученными непосредственно при эксплуатации упрочненных деталей. Эти данные важны ввиду ограниченного количества лабораторных средств для испытаний крупных образцов на усталость, большой длительности и высокой стоимости таких испытаний. Особенно наглядно упрочняющий эффект проявляется у деталей, работающих в условиях ограниченной долговечности, при напряжениях, превосходящих предел выносливости. Характерный пример такого рода деталей — штоки штамповочных молотов. В месте запрессовки относительно тонкого штока в массивную бабу при работе молота создается высокая концентрация напряжений, приводящая к частым поломкам штоков, несмотря на применение для их изготовления высокопрочных легированных сталей. [c.158]

Первые два способа — применение теории упругости или оптического метода — дают близкие друг к другу величины к это понятно, так как в обоих случаях результаты исследования относятся к изотропному упругому материалу между тем величины а , определенные при помощи испытаний на усталость, оказываются для некоторых х ортов материала хромоникелевая сталь, углеродистая сталь высокого сопротивления) близкими к полученным первыми двумя методами, а для некоторых (малоуглеродистая сталь) значительно пониженными. Оказалось, что коэффициент концентрации зависит не только от формы детали, но и от материала образца. Он тем ниже, чем материал пластичнее. Известное объяснение этому обстоятельству дано уже в 16 пластические свойства материала образуют своеобразный буфер, смягчающий в той или иной степени эффект местных напряжений. [c.549]

Эффект коррозионных воздействий учитывают в зависимости от типа коррозии — общей или местной (язвенной), характера коррозионной среды, ее давления и скорости, а также длительности коррозионного воздействия, частоты нагружения и концентрации напряжений 10, 15]. Снижение долговечности за счет коррозионных повреждений оценивают по экспериментальным данным. При отсутствии таких данных долговечность для малоуглеродистых и низколегированных сталей в коррозионной среде (при равномерной коррозии) определяют по формуле [c.132]

Таким образом, в данном случае применение более качественной легированной стали не дает почти никакого эффекта — коэффициент запаса во втором случае всего на 0,5 /о больше, чем в первом. Это объясняется тем, что более прочная легированная сталь чувствительнее к влиянию концентрации напряжений и масштабного эффекта. [c.661]

Это явление может отчасти объяснить экспериментально обнаруженный инкубационный период, в течение которого удаляется очень небольшое количество материала, а затем унос материала происходит с гораздо большей скоростью. Для образца (фиг. 8.16) инкубационный период заканчивается где-то между моментами гид, так как часть ободков, образовавшихся по краям впадин (снимок г), оторвалась и уже не видна (снимок д). Ясно, что этот процесс в разных случаях протекает по-разному. Например, частота образования впадин на поверхности мягкого, но упрочняющегося под ударной нагрузкой материала в начале испытаний должна быть большой, а скорость уноса в последующем периоде относительно малой. Этим можно отчасти объяснить относительно большую кавитационную стойкость нержавеющей стали 18-8. Кроме того, образование впадины с неровными краями может привести к концентрации напряжений, снижающей эффективную допустимую нагрузку в данной точке. Этот эффект в совокупности с рассмотренным выше волноводным эффектом, по-видимому, приводит к резкому усилению разрушения при заданной интенсивности кавитации. [c.416]

Проявление масштабного фактора в условиях коррозионной среды отличается от наблюдаемого на воздухе, когда с увеличением диаметра образца предел выносливости металла уменьшается. С увеличением диаметра образца предел его коррозионной усталости увеличивается. Для стали, например, изменение диаметра образца с 5 до 40 мм, приводит к повышению предела коррозионной усталости на 46%. При наличии концентрации напряжений проявление масштабного эффекта усиливается. [c.160]

Конечно, порядок приведенных результатов характерен только для материалов малопластичных, чувствительных к надрезу, т. е. для случаев сохранения начальной или близкой к ней концентрации. У образцов из конструкционных сталей и сплавов при испытании до разрушения, после перехода в пластическую область, сильно уменьшается начальная концентрация напряжения и поэтому эти материалы в меньшей степени чувствительны к надрезу, а следовательно, заранее можно ожидать для них меньшего эффекта от введения разгружающих надрезов (табл. 18.1 и 18.2). [c.117]

Анализ показывает, что интенсивному образованию холодных трещин при температурах, близких к комнатной, в первую очередь способствует повышение температуры закалки, скорости охлаждения, напряжений первого рода, микронапряжений и увеличение их концентрации. Особенно сильное влияние температуры закалки обусловлено не только избыточной концентрацией вакансий, но и другими важными причинами. Например, у сталей с повышением температуры закалки укрупняется зерно, повышается концентрация углерода в твердом растворе и в связи с этим снижается температура мартенситного превращения, увеличивается объемный эффект превращения и возрастают связанные с ним напряжения. [c.157]

При наводороживании напряженной стали также может происходить замедленное хрупкое разрушение, которое получило название водородного растрескивания. Его связывают с понижением хрупкой прочности стали, которое может происходить вследствие адсорбции на ее поверхности атомарного водорода эффект Ребиндера) или увеличения концентрации водорода в области максимальных трехосных растягивающих напряжений. Время до растрескивания при наводороживании напряженной стали зависит от уровня приложенных растягивающих напряжений чем они больше, тем меньше время до разрушения. Образующиеся при водородном растрескивании высокопрочных сталей трещины имеют хрупкий характер, идут по границам зерен бывшего аустенита и направлены почти перпендикулярно растягивающим напряжениям. [c.93]

Этот коэффициент зависит от характера материала для высококачественных, термически обработанных легированных сталей он доходит до единицы, а для малоуглеродистых сталей падает до 0,5. Крайне мало чувствительным к местным напряжениям оказывается чугун для него величина q близка к нулю и действительные коэффициенты а д близки к единице. Это объясняется тем, что предел выносливости чугуна весьма сильно зависит от наличия микроскопических включений графита, представляющих собою фактически очень острые трещины в массе основного металла влияние этих трещин, всегда имеющихся в чугуне, настолько велико, что почти совершенно сглаживает эффект других факторов концентрации напряжений. [c.741]

С увеличением прочности стали обычно повышается чувствительность ее к концентрации напряжений, обусловленных формой сварных соединений. Поэтому для повышения работоспособности тяжел онагр уженных сварных конструкций из низколегированных сталей с временным сопротивлением свыше 600 МПа прибегают к механической обработке поверхности металла швов. В практике такая операция находит широкое распространение и обычно выполняется абразивными кругами или фрезами. Наибольший эффект достигается при зачистке легкодоступных стыковых швов заподлицо с основным металлом. [c.67]

Чем выше пластичность металла, тем меньше концентрация остаточных напряжений в различных зонах объема тела. Деформации зерен более однородны, и эффект Баушингера при больших деформациях менее заметен. Так, например, в аустенитной стали образование зон пластической деформации и их распространение в окружающий объем материала, находящегося в состоянии упругости, не проявляется так отчетливо. [c.175]

Разрушение аустенитных сталей путем коррозионного растрескивания может происходить в некоторых специфических условиях, например в теплых сильных растворах хлоридов или едких щелочей. Оказалось, что в большинстве случаев разрушение вызывается случайными напряжениями, не связанными с эксплуатацией. Поэтому иногда коррозию удается предотвратить, внеся соответствующие изменения в процесс изготовления и сняв напряжения в изделии. Однако термообработки, снимающие напряжения, требуют нагрева до высоких температур (обычно более 960°С), в результате чего на материале образуется окалина, которую затем необходимо удалять. Кроме того, от многих случайных напряжений, связанных с эффектом теплового расширения, избавиться нельзя. Наилучший способ предупреждения коррозии — избегать критических концентраций коррозионно активных веществ. Установлено, что в большинстве случаев коррозионного растрескивания, встречающихся на практике, агрессивная среда образуется непосредственно на поверхности металла из-за испарения, поэтому следует исключить такую возможность ГП]. [c.39]

Еще больший эффект поверхностный наклеп дает в случае приварок к валикам полуколец, вызывающих более резкую концентрацию напряжений, чем в предыдущем случае при приварке втулок. Пределы выносливости валиков из стали 40 с приваренными полукольцами составляют 6 кг мм без [c.183]

Структурно неоднородные материалы типа чугунов и литых алюминиевых сплавов весьма заметно реагируют на изменение размеров образца. Для некоторых сталей (углеродистые и легированные катаные стали) пределы выносливости образцов при изгибе, полученные иа больших образцах, могут совпадать с пределами выносливости лабораторных образцов без концентрации напряжений при растяжении — сжатии, что свидетельствуете существенной роли градиента напряжений в проявлении эффекта масштаба. [c.158]

При использовании сталей, склонных к образованию трещин при термической обработке, следует избегать соединений высокой жесткости, например, типа показанных на рис. 56 вварных толстостенных штуцеров в сосудах. При повышенной жесткости сварных соединений, например, в сварных узлах паропроводов из Сг-Мо-У стали при толщине стенки свыше 20—30 мм или сварных штуцерах с непосредственной сваркой труб любой толщины друг с другом, нужно вводить операцию зачистки наружной поверхности швов до плавного сопряжения с основным металлом перед термической обработкой, чтобы исключить эффект концентрации напряжений. Целесообразно в ряде случаев рассматривать вопрос о возможности перехода к высокотемпературной термической обработке (нормализации для перлитных сталей и аустенитизации для аустенитных). Можно также вводить предварительную облицовку кромок, так как в этом случае жесткость сварного соединения заметно меньше и степень повреждения границ зерен око-лошовной зоны при воздействии ТДЦС также снижается. Для высоколегированных аустенитных сталей и сплавов на никелевой основе повышенной жаропрочности целесообразным бывает использование металла, выплавленного по совершенной металлургической технологии, применение мелкозернистого материала и ряд других методов, детально рассмотренных в главах, посвященных соответствующим типам материалов. [c.103]

К опасности хрупких изломов в зоне сплавления, начиная с опре-деленного времени испытания. В рассмотренном случае сталь ЭИ756 по своей длительной прочности на 10 —15% превышает прочность шва типа ЭФ-Х11ВМФН. Можно полагать, что, когда шов становится менее прочным по сравнению со сталью (при I > 7> 1 тыс. ч), возникающая концентрация напряжений в нем за счет эффекта контактного упрочнения со стороны основного металла будет приводить к преждевременным хрупким разрушениям вблизи границы сплавления. Вероятность последних будет тем [c.208]

Водородное изнашивание разрушением (ВИРАЗ). Этот вид изнашивания имеет специфическую особенность поверхностный слой стали или чугуна разрушается мгновенно на глубину до 1. .. 2 мкм. Это происходит, когда поверхностный слой накапливает большое количество водорода. Ранее отмечалось, что процесс трения создает условия высокой концентрации водорода в поверхностных слоях стали. Трение десорбирует смазочный материал, и водород получает возможность занять большее число адсорбционных центров на поверхности. Концентрация водорода в стали непрерывно возрастает. Водород попадает в зародышевые треш,ины, полости, межкристальные границы и другие места. При трении происходит периодическое деформирование поверхностного слоя, и объем дефектных мест (полостей) изменяется. Поступающий в полости водород молизуется и, не имея возможности выйти обратно при уменьшении объема, стремится расширить полость, создавая высокое напряжение. Повторение цикла вызывает эффект накопления, продолжающийся до тех пор, пока внутреннее давление в полостях не вызовет разрушения стали по всем развившимся и соединившимся трещинам. [c.130]

Зависимость эффекта упрочнения от степени асимметрии цикла характеризуют результаты испытания плоских образцов (30X8 мм) без концентрации и с концентрацией напряжений из стали I2X2H4A на плоский изгиб (табл. 10). В таблице приведены коэффициенты влияния асимметрии цикла [c.160]

Действительно, время td для монокристаллов меди на несколько порядков меньше, чем для малоуглеродистой стали [214, с. 414], и, следовательно, в г. ц. к. металлах за одно и то же время р меняется значительно больше, чем в о. ц. к. металлах. Это является одной из причин быстрой релаксации концентрации напряжений в г. ц. к. металлах (II область графиков а ) в о. ц. к. и особенно а. к. металлах заметная релаксация наступает позже, чем достигается напряжение разрушения. Последнее, видимо, не относится к о. ц. к. металлам 1а подгруппы, у которых вследствие высокой сжимаемости модуль упругости и силы Пайерлса—Набарро сравнительно низки. В этом смысле поликристаллические металлы с гексагональной плотноупакованной структурой должны занимать некоторое промежуточное положение [15] и их повышенная хрупкость Ве, Mg и Zn при низких температурах может быть обусловлена затруднением внебазисного скольжения и, следовательно, выраженным барьерным эффектом. Поэтому в обш,ем случае время td должно определяться не только типом кристаллической решетки, но и геометрией скольжения, а также, видимо, энергией дефекта упаковки. [c.240]

Поскольку предел выносливости п[)и симметричном цикле получился таким же, как и для стали 45, и значения 5 для всех марок стали принимаются одинаковыми, заключаем, что и а д, а значит и коэффициенты запаса прочности будут одинаковы. Таким образом, применение более качественной и дорогой легированной стали в данном случае не дало никакого эфф екта, что объясняется больщей чувствительностью этой стали к влиянию концентрации напряжений и масштабного эффекта. [c.311]

Повышение сопротивления элементов конструкций хрупкому разрушению с учетом изложенных выше основных механических закономерностей возникновения,развития и остановки хрупких трещин должно осуществляться путем рационального проектирования, правильного выбора металла и технологии изготовления, контроля и наблюдения за состоянием конструкций в эксплуатации. При этом задача сводится к обеспечению возможности снижения критической температуры хрупкости и повышения разрушающего напряжения. Решение этой задачи достигается снижением концентрации напряжений, уменьшением возможности динамических перегрузок, применением термической обработки сварных соединений, снижением начальной дефектности конструкций. Значительное снижение критической температуры возможно в результате легирования термообрабатываемых сталей при этом наибольший эффект достигается при легировании сталей никелем. [c.68]

В отличие от НТМО, ВТМО не требует прессового оборудования большой мощности. Однако существенным недостатком ВТМО являются определенные технологические трудности, связанные с необходимостью во многих случаях подавлять процесс рекристаллизации [161]. Так, проведение ВТМО конструкционных легированных сталей в условиях прокатки при температуре 800—1100° возможно только на сечениях толщиной около 10 ММ] дальнейшее увеличение толшины заготовок приводит к развитию процесса рекристаллизации и к снятию эффекта упрочнения. В то же время одним из перспективных направлений в использовании ВТМО является аналогичная по технологии обработка поверхностных слоев изделий [131, 132] поверхность детали или отдельные ее участки (в особенности в местах концентрации напряжений) могут быть упрочнены в результате локального екоростного индукционного нагрева токами высокой частоты, совмещаемого с последующей местной пластической деформацией и закалкой [161]. [c.79]

Исследования влияния повышенных температур проводили на двух низкоуглеродистых низколегированных сталях 1 — от-оженной нри 685° С в течение 2 ч в вакууме и 2 — отожженной (При 920° С в течение 1 ч. Химический состав (%) и механические характеристики сталей (в скобках приведены значения для стали 2) 0 = 0,09(0,09) N = 0,008(0,009) Si = 0,19 (0,26) Мп = 0,38 (0,45) Р = 0,009 (0,006) 5 = 0,015(0,032) Си = = 0,12(0,09) Ni = 0,06(0,09) Сг = 0,07(0,08) А = 0,00(0,01) (7т = 296(243) МПа 0о = 4О5(369) МПа 6 = 38(34) % i 5 = = 76(73) %. Испытывали на усталость при изгибе с вращением образцы с диаметром рабочего сечения 8,0(10,0) мм гладкие и с концентратором напряжений глубиной 1,0 (0,9) мм и радиусом при вершине 0,13 (0,15) мм. Результаты исследований, приведенные в табл. 19, показывают, что наибольшим сопротивлением усталости рассматриваемые стали обладают при температуре около 375 °С, когда наиболее интенсивны процессы деформационного старения. Причем наиболее сильно эффект старения проявляется в присутствии концентрации напряжений. Увеличение предела выносливости образцов с надрезом при повышении температуры от 20 до 375 °С составляет 63%, тогда [c.106]

На основе развития теорий течения с остаточными микронапряжениями (с целью отразить эффект Баушингера, свойственный циклическим процессам, релаксацию при выдержках и анизотропию упрочнения) и использования метода конечного элемента осуществляются вычислительные решения краевых задач при циклическом нагружении в изотермической и неизотермической постановке. Примером осуществления такого решения в Горьковском физико-техническом институте под руководством А. Г. Угодчи-кова является задача о концентрации деформации и напряжений в пластине из стали Х18Н9Т с круглым поперечным отверстием при пульсирующем малоцикловом растяжении, сопровождающемся синфазным циклическим изменением температуры. На рис. 18 представлена схема двух следующих друг за другом циклов нагружения с указанием последовательных стадий (обозначены цифрами), для которых производился расчет полей методом конечного [c.25]

Таким образом, все рассмотренные выше экспериментальные данные свидетельствуют о значительном эффекте поверхностного наклепа для различных алюминиевых и магниевых сплавов (в особенности для деталей с резкой концентрацией напряжений). Можно утверждать, что поведение алюминиевых и магниевых сплавов в смысле их упрочняемости поверхностным пластическим деформированием аналогично поведению сталей как по величине эффекта упрочнения, так и по природе упрочнения (роли остаточных напряжений). Можно отметить, что и другие сплавы цветных металлов (в частности, титановые сплавы) реагируют на поверхностный наклеп так же, как и стали. [c.251]

При переходе на изготовление барабанов высокого давления, работающих при температуре 350 °С и давлении 15,5 МПа, была применена легированная сталь 16НГМ, предел текучести которой при рабочей температуре в 1,5 раза выше, чем стали 22К. Чтобы барабаны из стали 16ГНМ были достаточно работоспособными, т. е. не поражались массовыми трещинами, следует прежде всего снизить уровень фактически действующих напряжений. Наилучший эффект в борьбе с трещинами можно получить за счет снижения фактически действующих напряжений следующим образом уменьшением концентрации напряжений вышли-фовкой трещин на действующих барабанах снятием фасок у трубных отверстий проточкой обечаек барабанов и уменьшением неточности их стыковки при сварке точным соблюдением технологии при изготовлении и ремонте увеличением толщины стенки и уменьшением диаметра вновь изготовляемых барабанов повышением качества металла за счет снижения содержания вредных примесей в нем (серы, фосфора и др.) уменьшением внутренних напряжений путем приварки внутрибарабанных устройств к телу барабана с подогревом и последующей термообработкой стопроцентной дефектоскопией листа и сварных соединений в процессе изготовления, а также контролем сварных швов в металле барабана в процессе ремонта. [c.50]

В тонком слое металла, находящемся непосредственно у noBepxHo tH детали, накопление усталостных повреждений протекает интенсивнее, чем во внутренних слоях. Этому способствует также концентрация напряжений от микронеровностей поверхности. У высокопрочных сталей влияние этих факторов сильнее. Поэтому на гладких образцах эффект упрочнения может оставаться существенным с увеличением абсолютных размеров даже при уменьшении относительной глубины упрочненного слоя A/d, вследствие перехода очага усталостной трещины в подслой-ную область. [c.157]

В табл. 8 приведены результаты усталостных испытаний при изгибе с вращением образцов из хромоникель-молибденовой стали с резкой концентрацией напряжений (а = 3) в зависимости от глубины слоя азотирования [30]. В этом случае увеличение глубины упрочненного слоя не вызывает повышения эффекта упрочнени я. Эффект упрочнения на образцах с резкой концентрацией напряжений оказывается значительно большим, чем на гладких образцах или образцах с малыми коэффициентами концентра ции. Это подтверждается эксперимен тальными данными (рис, 63, 64) С ростом уровня концентрации напря жений эффект упрочнения резко воз растает. На рис. 64 р — радиус кривизны в месте концентрации нанрЯ [c.158]

Значительное рассеяние пределов выносливости для образцов больших размеров, изготовленных из одних и тех же кдассов материалов, может быть объяснено как неодйородностью материала в больших заготовках и малым количеством испытанных образцов больших размеров, так и методическими особенностями проведения испытаний. Для некоторых сталей (углеродистые и легированные катаные стали) пределы выносливости образцов при изгибе, полученные на образцах больших размеров, совпадают с пределами выносливости лабораторных образцов без концентрации напряжений при растяжении — сжатии, что свидетельствует о существенной роли градиента напряжений в проявлении эффекта масштаба [54]. Отметим также следуюш,ие особенности проявления эффекта масштаба. [c.26]

Влияние мартенситного у - а превращения, протекающего под действием пластической деформации в метастабильных аустенитных сплавах, на пластичность аустенита впервые, по-видимому, отмечено в работах Вассермана [5] и Мэтью [272]. Авторы этих работ наблюдали повьтение текучести и дефоршсруемости материала в момент преврашения. Впоследствии это явление было использовано для создания высокопрочных аустенитных сталей с высокой пластичностью и получило название трип-эффекта [21] Эффект повышения пластичности наблюдается в том случае, если деформация метастабильных сплавов осуществляется при температурах нижеМ но выше М , причем сильно зависит от кинетики развития мартенситного 1фе-вращения при деформации [2701, Кристаллы мартенсита деформации образуются в аустените в местах концентрации напряжений. Образующийся мартенсит локально упрочняет материал, и пластическое течение переходит на соседние участки. Этот механизм, многократно повторяющийся на новых участках аустенита в процессе деформации, предотвращает преждевременное разрушение и приводит к повышению пластичности. Одновременно сохранению пластичности способствует сдвиговый характер мартенситного превращения, обусловливающий релаксацию внутренних напряжений и препятствующий возникновению и развитию трещин. [c.204]

В предыдущих разделах книги проведен анализ эффекта надреза в перлитной стали, показывающий, что наиболее ослабленной зоной в смысле местной концентрации напряжений является поверхность раздела между пластинками цементита и феррита, как правило, на границах зерен или в местах обрыва этих пластинок. Так как в сером чугуне в перлите включены частицы графита, то в отличие от стали при нормальных условиях нагружения, в данном случае в пластинках феррита нельзя получить достаточно большие деформации и напряжения, соответствующие предельному состоянию. Этому препятствует возникающее при мень-нтих напряжениях хрупкое разрушение при малом объеме пластически деформированного металла. Исходная точка разрушения на.ходится у края частицы графита, в наиболее напряженной зоне, положение которой зависит от направления и величины действую-Щ.ИХ напряжений. Причиной этого преждевременного разрушения является эффект надреза, обусловленный присутствием в перлите частиц графита, и поэтому при анализе прочности чугуна необходимо рассматривать концентрацию напряжений у частиц графита. [c.447]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...