Длительным статическим

Отмеченные закономерности определяют степень одностороннего накопления необратимой циклической деформации сжатия, характер которой для корсетного сплошного образца показан на рис. 22 [29]. Сопоставление кривых для разных режимов показывает, что накопление деформации сжатия («бочка») за счет выравнивания температурного поля (см. рис. 21) может быть существенным. Например, при увеличении времени цикла в 4 раза накопление пластической деформации к 20-му циклу увеличивается в 30 раз (режимы / и V). В связи с этим можно ожидать, что предельное состояние при неизотермическом на-гружении с длительными выдержками в значительной степени будет определяться величиной длительного статического повреждения. Следует указать, что одностороннее накопление квазистатической сжимающей деформации было обнаружено и в. тонкостенных корсетном и гладком образцах [35].

На рис. 40 приведены примеры кривых термоусталости, построенных по параметру длительности выдержки в цикле. Они позволяют отметить, что долговечность (в циклах) существенно уменьшается при введении выдержки. С увеличением выдержки характер кривых изменяется — угол наклона увеличивается» т. е. зависимость числа циклов от амплитуды деформирования становится менее выраженной. Следовательно, долговечность в циклах с длительными выдержками перестает быть определяющей величиной для оценки сопротивления разрушению. Как будет показано далее, при этом оказывается необходимым учет длительности нагружения, т. е. учет не только числа циклов, но-и времени работы материала. Данные рис. 40, а также результаты испытания других материалов разных классов показывают, что зависимость Де—N — линейная в логарифмической системе:

При испытании с длительными выдержками (около 2 ч) при i—d-ma-a повреждаются границы зерен (рис. 45,е), и разрушение имеет типичный статический характер.

Различный характер разрушения при термоциклическом на-гружении циклами различной длительности является следствием равных процессов повреждаемости, которые одновременно развиваются при сложном нагружении материала циклическими и статическими нагрузками. В циклах с длительными выдержками основное значение имеют длительные статические свойства; при испытаниях по пилообразному циклу прочность материала определяется его сопротивлением малоцикловому разрушению. В промежуточной области нагружения необходимо учитывать взаимное влияние статического и циклического повреждений и определять свойства материала при их различном соотношении.

Критерии, основанные на характеристиках длительной статической прочности. В случаях, когда термоциклическое нагруже-ние производят с длительными выдержками на максимальной температуре цикла, в качестве критерия прочности можно и> яользовать характеристики длительной прочности и ползучести ([95, 100] и др.). Так, Тайра [100] предлагает определять долговечность при асимметричном неизотермическом цикле нагружения по уравнениям -ползучести, вычислив эквивалентные значения напряжения и температуры за цикл нагружения. При вычислении ОЭКБ и 4кв предполагают справедливым линейный закон

элемента. Соответственно этим стадиям на рис. 18 приведены кривые распределения нормальных напряжений ауу по поперечному сечению. Если первая стадия характеризуется (кривая 1) упругим распределением, то на последующих, вплоть до 5-й, проявляется упругопластическое перераспределение. При разгрузке на стадиях от 6-й до 11-й в связи со снятием упругих деформаций имеет место постепенный переход на краю отверстия к напряжениям сжатия и на 11-й стадии полной разгрузки соответствующая кривая описывает остаточную напряженность. Последующие стадии нагрузки и разгрузки на втором полуцикле дают кривые распределения напряжений, близкие к кривым стадий разгрузки первого полуцикла, т. е. основной эффект перераспределения напряжений в данном случае (треугольный цикл без выдержек) при умеренном нагреве до 400° С реализуется в первом полуцикле и дальнейшее циклическое деформирование не вносит существенных изменений в протекание циклических деформаций по сечению, и процесс после первого полуцикла стабилизируется. При циклах с длительными выдержками и на уровне температур, порождающих ползучесть, существенная нестационарность неоднородных полей деформаций должна распространяться на значительное число циклов и на нее могут оказывать заметное влияние изменения механических свойств металла, связанные со структурными превращениями, в том числе со старением и восстановлением.

Ряд элементов теплонапряженных конструкций в процессе «лужбы подвергается воздействию переменных внешних нагрузок и периодически меняющихся температурных полей, когда тепло-смены чередуются с длительными выдержками при наибольших температурах. Такие режимы нагружения характеризуются обычно выраженной кинетикой напряжений и деформаций во времени и по числу циклов в результате проявления реологических и циклических свойств материала.

Как следует из рис. 6, эта закономерность в неизотермических условиях является сильно выраженной. Здесь же для сравнения дана зависимость накопленной деформации в условиях обычного термоциклирования без выдержек (кривая 1). Сопоставление кривых 1—3 показывает, что накопление деформаций сжатия за счет эффекта «выравнивания» может быть существенным, релаксационные процессы еще более интенсифицируют его (кривая 4). В связи с этим можно ожидать, что предельное состояние при неизотермическом нагружении с длительными выдержками в значительной степени будет определяться величиной длительного статического повреждения [4, 12].

Уменьшение малоцикловой долговечности при жестком режиме нагружения с длительными выдержками связано с изменением во времени деформационной способности материала в условиях высокотемпературного деформирования за пределами упругости. Анализ кривых на рис. 3.26 показывает, что при параметрах (температуре и времени нагружения), характерных для эксплуатации сильфонных компенсаторов и металлорукавов, сталь 12Х18Н10Т является охрупчиваю-щимся материалом.

Эти сплавы предназначены для изготовления деталей, спаиваемых со стеклом, имеющим аср не менее 8,7-10~6 мм/мм °С. Спаи сплавов 18ХТФ и 18ХМТФ со стеклами С87-1, С90-1 и другими этого типа отличаются высокой вакуумной герметичностью. По своим физическим и механическим свойствам оба сплава одинаковы, но сплав 18ХТФ не содержит дефицитного молибдена и поэтому стоимость его ниже. Сплавы 18ХМТФ и 18ХТФ поставляют в виде термически обработанных горячекатаных листов для изготовления из них деталей, требующих глубокой вытяжки. Не допускается термообработка этих сплавов выше 900° С с длительными выдержками и медленным охлаждением, так как при этом происходит укрупнение зерна и понижение пластичности металла. Для горячекатаного и холоднокатаного листа рекомендуется температура нагрева металла 850—900° С при выдержке 2—3 мин на 1 мм толщины, а для холоднодеформированного металла в изделиях (с обжатием 60%) — 800—840° С при той же выдержке; охлаждение после нагрева в обоих случаях следует производить на воздухе. При нагреве до 800° С авр сплавов 18ХТФ и 18ХМТФ снижается с 45—50 до 3—5 кГ/мм2', а при охлаждении до —196° С повышается до 70—75 кГ/мм2. При охлаждении относительное удлинение сплавов уменьшается до 1—2% при —196° С.

Термическая обработка, создающая оптимальные жаропрочные свойства, может отрицательно сказываться на термоусталостных свойствах материала. Термическая обработка никелевого сплава, вызывающая выделение карбидов хрома по границам зерен и обеспечивающая высокие жаропрочные свойства, снижает число циклов до появления трещин при кратковременной термической усталости и увеличивает скорость их роста [21. Однако при испытаниях на термическую усталость с длительными выдержками при максимальных температурах цикла, когда имеется возможность развития процессов релаксации термических напряжений и ползучести от остаточных термических напряжений, термообработка позволяет получить более высокие свойства сплава.

Действие повторных термических напряжений лишь в относительно редких случаях имеет самостоятельное значение. Значительно чаще термоциклирование накладывается или перемежается с длительным статическим или другим видом нагруже-ния.

На рис. 2 представлена схема кривых усталости в зависимости от длительностей выдержек в широком диапазоне общих длительностей нагружения для хромо-молибден-ванадиевой стали при температуре 565° С [6, 7]. Кривые нанесены в зависимости от разрушающего числа циклов и в зависимости от выдержек Дт соответствуют различным суммарным временам, необходимым для разрушения ЕАт. Последние определяются в основном длительным статическим повреждением. Согласно изложенной выше интер-

Клеи ВК-32-200; ПУ-2, ВК-32-200; ВС-10Т, ВС-10М, БФ-2 и БФ-4 наиболее устойчивы при вибрации. Клеи ВК-32-200, ПУ-2, ВК-32-ЭМ и ВС-10Т хорошо сопротивляются длительным статическим нагрузкам. Все указанные клеи не кородируют металлы (за исключением отдельных партий клеев БФ-2 и БФ-4, вызывающих небольшую точечную коррозию сталей) и обладают хорошей стойкостью к воздействию бензина, керосина и масел.

В общем случае (по аналогии с длительным статическим разрушением) для оценки скорости развития трещин используют соотношения, в которые в качестве определяющего параметра входят коэффициент интенсивности циклических напряжений (его размах A/(l или амплитуда) и коэффициент асимметрии г. При этом величина A/Cj зависит от длины трещины, числа циклов N и размаха номинальных напряжений:

Приведенные выше соотношения явились основой вычислительных программ численного решения задач о напряженных, деформированных и предельных состояниях оболочечных конструкций, подверженных длительным статическим и малоцикловым воздействиям в условиях повышенных температур [8, 3, 15]. Разработанная в [15] программа исследования прочности сильфонов основана на линеаризованных уравнениях теории оболочек и уравнениях состояния (8.17). Для учета физической нелинейности материала оболочки используется метод переменных параметров упругости [10].

Длительным статическим нагрузкам хорошо сопротивляются клеи ВК:32-200, ПУ-2, ВК-32ГЭМ и ВС-10Т. Клей ВК-32-ЭМ^ отличается большой текучестью.

Длительным статическим нагрузкам хорошо сопротивляются клеи ВК-32-200, ПУ-2, ВК-32-ЭМ и ВС-10Т. Клей ВК-32-ЭМ отличается большой текучестью.

длительным статическим и циклическим нагрузкам, содержание

Наибольшие повреждения создает выдержка, реализуемая в цикле нагрузки при растяжении (режим А, рис. 2.9). Если в рассматриваемый цикл нагрузки введена такая же выдержка при сжатии (режим Б, рис. 2.9), то в материале (особенно при значительных амплитудах упругопластической деформации в цикле) происходит как бы восстановление исходных свойств за счет выдержки при сжатии, т. е. проявляется эффект «залечивания» длительным статическим нагружением на этапе сжатия. При наличии выдержки на этапе сжатия малоцикловая долговечность снижается мало. Сравнивая данные на рис. 2.9 с аналогичными в режиме термо-

В практической реализации концепции повреждаемости для описания предельного состояния материала при сложной программе малоциклового неизотермического нагружения важно установление упрощенных зависимостей суммирования тех видов повреждений, которые свойственны различным этапам сложного режима малоциклового нагружения. Построение таких зависимостей основано на возможности разделения указанных типов повреждений, о чем косвенно свидетельствует семейство кривых малоцикловой усталости (см. рис. 2.29, а). Долю квазистатического повреждения увеличивали при неизменной скорости деформирования на этапах нагружения и разгрузки за счет ползучести путем включения выдержки различной длительности на этапе растяжения. Смещение кривой малоцикловой усталости влево и соответственно уменьшение долговечности происходят за счет замещения части усталостного повреждения длительным статическим, наведенным процессом ползучести на этапе выдержки.

Если сравнивать характер убывания равномерного поперечного сужения (рис. 5.19, а) и сужения при окончательном разрушении (рис. 5.19, б), то видно, что интенсивность убывания со временем предельного равномерного сужения i)j, ниже, чем остаточной пластичности ipfe, в особенности при малых ресурсах (до 103 ч). При долговечностях более 103 ч падение остаточной пластичности tyx замедляется с увеличением времени нагружения. Причем так же, как и для других характеристик (аь, а0,2), интенсивность изменения пластичностеи % и язь выше при нагружении с выдержками на экстремальных уровнях нагрузки (как с наложением нагрузки второй частоты, так и при отсутствии последней). Для структурных параметров тд,^ и Аол относительный характер их изменения со временем сохраняется: временные выдержки в большей мере интенсифицируют структурные изменения по сравнению с одночастотным и длительным статическим нагру-жениями. Определение этих структурных параметров по структурной характеристике d/l хорошо согласуется с данными расчета по зависимостям (5.16)—(5.19). При этом следует отметить, что для А при больших долговечностях имеет место более сильно выраженная зависимость от времени. Однако надо иметь в виду, что принятый здесь метод экстраполяции d/l на времена до 105 ч основан лишь на том, что зависимости (5.16)—(5.19) также предполагают монотонное изменение характеристик во времени, определяемых по механическим свойствам материала а0,2 и аь.