Действием циклического

Для резьб, находящихся под действием циклической нагрузки, может быть применен также болт нормы d, или этот же болт в сочетании с гайкой G. Для резьб с защитным покрытием выбирают такую норму, чтобы для среднего диаметра номинальная толщина покрытия соответствовала 1/4 значения верхнего отклонения Ь'.

типа характерных кривых циклического упрочнения (разупрочнения) (рис. 13). Монотонное циклическое упрочнение под действием циклической нагрузки, например, наблюдается в нормализованных конструкционных сталях, которые испытываются на усталость при амплитудах больше макроскопического предела текучести, и у чистых металлов и однофазных сплавов в пластичном состоянии, особенно с высокой энергией дефектов упаковки. Монотонное циклическое разупрочнение характерно для высокопрочных сплавов с большим числом дисперсных выделений и холоднодеформированных металлических материалов при амплитудах напряжения ниже предела текучести. Первоначальное циклическое разупрочнение и последующее циклическое упрочнение типично для нормализованных конструкционных сталей, если величина приложенной нагрузки не превышает макроскопический предел текучести. Па рис. 14, для примера, представлены кривые циклического упрочнения конструкционной стали Ск 45 (типа углеродистой стали 45).

Для резьб, находящихся под действием циклической нагрузки, может быть применен также болт нормы d, или этот же болт в сочетании с гайкой G. Для резьб с защитным покрытием выбирают такую норму, чтобы для среднего диаметра номинальная толщина покрытия соответствовала 1/4 значения верхнего отклонения Ь'',

детали связана с акустической эмиссией (АЭ) [126-130]. Феномен АЭ заключается в испускании материалом упругих волн, вызванных динамической, локальной перестройкой его структуры при накоплении повреждений под действием циклической нагрузки. Волны напряжений — последовательное деформирование объемов материала в направлении распространения энергии, поступающей в материал от внешнего источника. Это может быть энергия, являющаяся реакцией материала на это воздействие (например, у кончика трещины). Тогда от зоны пластической деформации в вершине трещины и от зоны перед вершиной трещины в связи с формированием свободной поверхности имитируются в окружающие объемы материала волны напряжений, которые достигают датчика-приемника сигналов АЭ.

В условиях эксплуатации под действием циклической нагрузки происходит эволюция структуры материала на масштабном микроскопическом уровне с увеличением плотности дислокаций

неизменной или пренебрежимо маловозрастающей величине KI > Kt/, в направлении роста трещины. В момент возникновения усталостной трещины материал меняет способ поглощения энергии в связи с дискретным переходом через первую точку бифуркации — начинается процесс нарушения целостности материала. Не имевший нарушений сплошности под действием циклической нагрузки до этого критического состояния, материал меняет способ накопления внутренней энергии, при котором она может быть полностью ре-лаксирована не только накоплением дефектов кристаллической решетки, но и путем создания свободной поверхности. Нагружение материала в области многоцикловой и, тем более, сверхмного-цикловой усталости позволяет реализовать первый скачок трещины на минимально возможную величину за единичный цикл нагружения.

усталостной трещины зоны пластической деформации на всех стадиях разрушения [14, 15]. Она является основным аккумулятором энергии, подводимой к кончику трещины в процессе циклического нагружения. Перераспределение энергии между процессами пластической деформации и процессами, отвечающими за подрастание усталостной трещины, определяет ускорение или снижение темпа нарастания поверхности разрушения под действием циклической нагрузки. В случае неизменного во времени (стационарный) режима нагружения последовательность протекания процессов деформации и разрушения строго упорядочена. Ее следует рассматривать в качестве свойства материала сопротивляться росту усталостной трещины в связи с эволюцией состояния от бездефектной кристаллической решетки до полностью (глобально) потерявшей устойчивость открытой системы в результате достижения усталостной трещиной критической длины — образец или деталь разрушаются.

графитоподобного вещества находятся мелкодисперсные частицы А12О3 размером 0,1-0,2 мкм. Указанный размер отвечает уже обкатанным частицам, которые после своего формирования длительное время находились под действием циклической нагрузки. Оценка толщины слоя этих частиц показала, что она не менее 60 нм. Поскольку пик А12О3 быстрее превращается при травлении ионами аргона в пик алюминия, чем исчезают пики примесных элементов (S, P, Са и др.), то наиболее вероятно, что эти примеси находятся в слое углерода. Обкатывание в перемычке окисленных с поверхности частиц алюминия приводит к накапливанию продуктов износа в зоне роста трещины внутри туннеля. Продукты являются мелко дисперсными и могут не разрешаться в растровом электронном микроскопе. Однако результаты исследования методом Оже-спектроскопии свидетельствуют о наличии этих продуктов на поверхности площадок роста трещины без контактного взаимодействия частей излома. Последнее согласуется с результатами наблюдений по поверхности образца в процессе испытаний "выползающих" из устья трещины продуктов износа [81].

Можно считать установленным, что пластические сдвиги, возникающие в металле под действием циклической нагрузки, приводят к наклепу и перераспределению напряжений как между зернами, так и внутри самих зерен. Наклеп для многих металлов сопровождается увеличением твердости. Пластическая деформация накапливается в результате скольжения и двойникования вдоль тех же кристаллографических плоскостей и по тем же направлениям, что и при действии статических нагрузок. И. А. Одинг дополнил эту теорию, обратив внимание на то, что циклические повторяющиеся напряжения вызывают в металле два одновременно протекающих явления: упрочнение и разупрочнение [Л. 31]. Упрочнение связывается с наклепом и старением, а разупрочнение-—с появлением напряжений второго рода, искажений третьего рода, дроблением кристаллов на блоки.

Таким образом, хотя при нагружении с нагревом до 450° С в большинстве случаев не наблюдалось интенсивного карбидообразо-вания, перераспределение легирующих и карбидообразующих элементов имело место при всех режимах нагружения (рис. 3, а, в). При этом, как и при 650°С [3], углерод мигрировал к границам зерен и карбиды, как правило, залегали в основном по границам и в приграничных участках зерен, охрупчивая последние. Характер распределения титана и хрома также видоизменялся под действием циклической нагрузки и нагрева: титан, сравнительно равномерно распределенный в исходном состоянии материала, в процессе упруго-пластического деформирования скапливался в отдельных зонах, наблюдаемых на рис. 3, б, г в виде продолговатых полос, образующих своеобразную сетку; концентрация хрома в отдельных зонах также видоизменялась и к моменту разрушения в структуре наблюдались участки с пониженным и повышенным содержанием хрома.

На основании условия (16) можно написать для случая накопления дефектов под действием циклической нагрузки с меняющейся частотой:

Исследования изменений магнитных свойств под действием циклического деформирования применительно к контролю усталости сталей описаны во многих работах. С практической точки зрения изменения электрофизических параметров можно использовать для оценки накопления усталостных повреждений в деталях, подверженных действию циклической нагрузки.

Исследования изменений магнитных свойств под действием циклического деформирования применительно к контролю усталости сталей описаны во многих работах. С практической точки зрения изменения электрофизических параметров можно использовать для оценки накопления усталостных повреждений в деталях, подверженных действию циклической нагрузки.

ния протекали значительно интенсивнее), вместе с тем процессы упрочнения имели место в обоих случаях и, например, предел текучести материала при 450° С увеличивался даже сильнее, чем при 650° С, когда карбидообразование было более интенсивным. Это дает основание предположить, что если при 650° С упрочнение материала определяется в основном развитием процессов деформационного старения (выпадением карбидных частиц), то при 450° С процессы упрочнения могут быть связаны с развитием блочной структуры под действием циклического нагружения в упруго-пластической области.

Для развития материаловедения весьма важно исследование строения и механизма деформации образцов в процессе их испытания на усталость при циклическом нагружении в широком диапазоне температур. Начало этим изысканиям было положено созданием автором и А. Н. Романовым установки ИМАШ-10 [59], в последующие годы модернизированной при участии В. А. Маричева, В. К. Кузищева и В. В. Афонской. На модернизированной установке ИМАШ-ЮМ [48, с. 33—39] могут проводиться испытания на малоцикловую усталость с частотой нагружения 1 и 3000 циклов в минуту. Установка снабжена системой автоматической регистрации электрического сопротивления изучаемого образца, что позволяет по изменению этой характеристики (являющейся структурно-чувствительной) судить о накоплении дефектов в строении образца и о его «разрыхлении» под действием циклического нагружения.

Упрочнение и последующее разупрочнение металла под действием циклического нагружения начинается с поверхности образца, причем процесс упрочнения поверхностных слоев после первых циклов нагружения замедляется и начинает распространяться в глубь металла.

для исключения черных точек со стрелками из рассмотрения при оценке данных рис. 10.4.8 с позиций возможности зарождения трещин от дефектов под действием циклического нагружения, но с другой стороны, является крайне опасным для работоспособности соединений.

Для современных инженерных расчетов характерно стремление подтвердить работоспособность проектируемой конструкции в течение срока эксплуатации путем вычисления возможного роста дефекта и оценки остаточной прочности. Например, такой расчет предусматривается разделом XI Норм Американского общества инженеров-механиков [343]. Основываясь на этих нормах и результатах собственных исследований, автор работы [9] произвел расчет подрастания дефектов в корпусе атомного реактора под действием циклического изменения нагрузки и коррозионной среды. Установлено [220], что в общем виде все нагрузки могут быть сведены к циклу нагружения, одна часть которого реализуется при пуске—остановке, а другая при переходных и установившихся флуктуациях напряжений. Режим пуск—остановка и гидроиспытание осуществляется с низким коэффициентом асимметрии цикла (R = О...0,2), а стационарный процесс протекает с высоким значением R = 0,6...0,7.

Докритический рост трещин под действием циклического нагружения заканчивается возникновением одного из двух предельных состояний:

На рис. 6.33 приведены результаты испытаний на распространение трещины, при циклическом приложении ступенчатой нагрузки (напряжения ah в течение времени th, напряжения ог в течение tt) на плоских образцах из стали 304 с центральным надрезом (CN) или с двусторонним надрезом (DEN). И в этом случае результаты испытаний на усталость попадают на продолжение кривых, характеризующих соотношение dlldN — / при распространении трещины при статической ползучести. Особое внимание следует обратить на то, что при ступенчатой нагрузке происходит увеличение скорости распространения трещины в несколько десятков или сотен раз по сравнению с непрерывным нагружением (статической ползучестью). Из сравнения скорости распространения трещины при статической ползучести и скорости распространения усталостной трещины (см. рис. 6.28) также следует, что при циклическом напряжении величина dlldt больше. Это обусловлено [39 ] увеличением скорости ползучести вблизи вершины трещины под действием циклического напряжения.

Разрушение обычно начинается с нарушения сплошности или появления дефектов на поверхности, таких, как микротрещина, которая под действием циклического нагружения начинает распространяться по сечению до тех пор, пока не происходит разрушение. Даже у пластичных материалов разрушение происходит без проявления общих пластических деформаций.

Существует представление [170], что трещины, образовавшиеся в результате коррозионного растрескивания, особенно в щелочных средах, отличаются острыми концами, тогда как концы трещин, вызванных действием циклического напряжения и коррозионной среды, как правило, притуплены. Мы высказываем предположение, что во всех случаях коррозионной усталости, когда развитие трещин связано с действием водорода, будут наблюдаться острые трещины, в тех же случаях, когда их развитие связано с анодными процессами, — притуплённые трещины.

Некоторые авторы [1, 170] считают, что с течением времени нахождения стали под действием циклического нагружения в агрессивной среде происходит непрерывное снижение выносливости стали. Другие авторы [138, 177] признают значительное понижение выносливости с увеличением числа циклов нагружений или времени нахождения стали в среде под нагружением, но все же считают, что для стали в интервале между 10—55 млн. циклов нагружений это понижение приостанавливается и кривые усталости асимптотически приближаются к прямым, параллельным оси абсцисс.