Длительном нагружении

Очевидно, что границы зерен металла становятся возможными путями растрескивания, когда атомы углерода или азота (но не Fe3C) образуют сегрегации по границам зерен. Чистое железо не подвержено КРН. В железе (>0,002 % С) [14] или прокатанной стали (0,06 % С), закаленных от 925 °С, концентрация атомов углерода вдоль границ зерен достаточна, чтобы вызвать склонность к КРН. Низкотемпературный отжиг (например, при 250 °С в течение 0,5 ч) приводит к равномерному выпадению карбида, что освобождает границы зерен от углерода и повышает устойчивость металла к КРН. При более длительном нагревании или при более высоких температурах, например 70 ч при 445 °С, происходит миграция дефектов (вакансий) к границам зерен; дефекты увлекают с собой атомы углерода, в результате чего сталь снова приобретает склонность к КРН. С другой стороны, устойчивость к КРН может быть вызвана и холодной обработкой. При этом разрушаются непрерывные цепи сегрегации и, что более важно, образуются дефекты, имеющие большое сродство к углероду и затрудняющие миграцию углерода по еегрегациям.

В интервале 1000—1100°С из гидрослюд выделяется аморфная SiOa и образуется лейцит (KaO-AbCb^SiCb). При более высоких температурах и длительном нагревании возникают муллит и корунд. Жидкие фазы, в зависимости от типа гидрослюд и условий нагревания, появляются в интервале температур 1000—1300 °С.

Следует отметить, что при выбранной для термического анализа скорости подъема температуры (dT / йт=9--100 С/мин.) деструктивные процессы в исследованных объектах могли пройти не полностью. Поэтому суммарные потери в весе по данным термовесового анализа могли оказаться (и в ряде случаев оказались) заниженными по сравнению с потерями в весе при более длительном нагревании. Для нахождения максимальных потерь исследуемые образцы нагревались в муфельной печи на воздухе при различных температурах до постоянного веса. Снятые таким образом кривые «время (часы)—потери в весе (%)» представлены на рис. 4. Прерывистыми линиями на этих рисунках обозначены теоретически рассчитанные пределы потерь в весе за счет удаления органической части связующего (линия I) и, сверх того, за счет дегидроксилизации силиката (линия II).

в результате чего поверхностный слой металла обедняется цементитом Fe3C. При длительном нагревании обеднение цементитом может проникнуть в глубину на несколько миллиметров и оказывать влияние на твердость и прочностные характеристики металла.

зообразных продуктов [Л. 46]. В качестве меры относительной термической стойкости при заданной температуре принимался так называемый период стабильности, т. е. время т в минутах от начала опыта до появления газообразных продуктов разложения (о чем свидетельствовало необратимое повышение давления в системе). Период стабильности определялся путем проведения серии кратковременных нагреваний жидкости. Опытные данные обрабатывались в виде зависимости т=/(?). Этим методом оценена термическая стойкость ПФМС-4, ПФМС-5 и ПФМС-6 при давлениях 4—5 кгс/сж2. С целью оценки температур'но-временного предела применения теплоносителя ПФМС-6 в работе [Л. 46] получено эмпирическое уравнение: ?=(15, 22—lgt)/0,029, позволяющее оценить предельно допустимую температуру, при которой обеспечивается надежная работа теплоносителя ПФМС-6 при любой длительности нагревания. Кроме того, в работе проводились опыты при длительном нагревании указанных жидкостей как в условиях естественной конвекции, так и при вынужденной циркуляции в замкнутом контуре. Анализ полученных опытных данных показывает, что жидкость ПФМС-6 при температуре 350 °С в контакте с поверхностью, нагретой до 480 °С, термически стабильна в течение 1000 ч. Однако увеличение температуры жидкости до 370 °С приводит к ее разложению в течение 400 ч. Установлено, что увеличение давления в системе приводит к уменьшению степени разложения.

(фиг.82). При длительном нагревании катода последний начинает испускать электроны в пространство между катодом и анодами, что и делает выпрямитель проводящим. Во время работы температура катода поддерживается за счёт ионов, падающих на катод. Первоначальное зажигание выпрямителя производится наклонением его для образования дуги между катодом и специальным электродом или, в больших выпрямителях, посредством образования дуги между специальными зажигательными электродами. С помощью вспомогательной дуги катод в одном каком-нибудь месте разогревается— образуется так называемое катодное пятно. При этом аноды должны оставаться холодными, чтобы в моменты времени, когда к ним будет приложено напряжение отрицательной полуволны, они не могли бы испускать электроны. Выпрямитель таким образом действует как вентиль, пропускающий ток лишь в одном направлении. Величина ртутного выпрямителя определяется только отдаваемой им силой тока, а не мощностью.

В первом случае происходит обратимое увеличение объёма (термическое расширение), которое может быть частично необратимым (в связи с фазовыми превращениями) при длительном нагревании до температуры на 150 — 200° С ниже линии PSK (фиг. 1).

Круги на бакелитовой связке допускают окружные скорости до 50 м/сек. Недостатком бакелитовой связки является слабая устойчивость против действия охлаждающих жидкостей, содержащих щелочные растворы. Для уменьшения вредного действия охлаждающих жидкостей круги покрываются лаком, суриком или какой-либо водонепроницаемой краской, иногда пропитываются парафином. При шлифовании с охлаждением кругами на бакелитовой связке охлаждающая жидкость не должна содержать более 1,5% щелочи. Круги на бакелитовой связке имеют более низкую кромкостойкость, чем на керамической связке. Бакелитовая связка имеет более слабое, чем керамическая, сцепление с абразивным зерном, поэтому широко используется на операциях плоского шлифования, где необходимо самозатачивание круга. Бакелитовая связка имеет невысокую теплостойкость и выгорает при длительном нагревании до 250—300° С, а при 200° С и выше бакелитовая связка приобретает хрупкость. Абразивный инструмент на бакелитовой связке чаще изготовляется из электрокорунда нормального и карбида кремния черного.

Все указанные способы устранения дефектов труб на месте с применением нагрева их газовой горелхой могут применяться при небольших дефектах, требующих ограниченного нагрева (или наплавки металла) поврежденного участка, так как при длительном нагревании бывших в работе труб вследствие значительных термических напряжений на них появляются трещины.

Термореактивные пластмассы при нагревании также приобретают пластичное состояние, но при длительном нагревании теряют пластичность и переходят в твердое упругое состояние. При повторном нагревании эти пластмассы пластичности не приобретают.

Зависимости (3-137) — (3-139) позволяют определить среднеинтегральную температуру в однослойной стенке в случае нестационарного температурного поля. При длительном нагревании стенки (т — >-оо) процесс теплопередачи становится стационарным и среднеинтегральная температура обращается в среднеарифметическую.

Ползучесть обусловливается двумя процессами, протекающими при высокотемпературном длительном нагружении металла и действующими противоположно. Так, в процессе пластической деформации при высоких температурах происходит упрочнение (наклеп) металла, что повышает его сопротивление деформации. Одновременно при температуре нагрева металла, превышающей температуру его рекристаллизации, происходит разупрочнение металла вследствие рекристаллизации, что облегчает деформацию.

Механизм межкристаллического разрушения при образовании очагов замедленного разрушения может быть объяснен тем, что максимальные плотность дислокаций и интенсивность МПД приходятся на приграничные зоны зерен. Это обусловлено тем, что мартенситное превращение начинается в центральных частях зерен в верхней части температурного интервала превращения, а заканчивается в приграничных зонах в нижней части этого интервала. Кроме того, при образовании пластинчатого мартенсита его иглы при выходе на границы зерен вызывают в зонах, примыкающих к ним, появление высоких плотности дислокаций и уровня микронапряжений. При длительном нагружении по границам зерен развивается локальная МПД, в результате чего реализуется межкристаллическое разрушение по схеме Зинера — Стро, предполагающей относительное проскальзывание и поворот зерен по границам (рис. 13.29).

В этой главе рассмотрена только линейно-упругая модель материала. Такая модель является первым приближением и может быть приемлемой или неприемлемой для данного композиционного материала. Например, как при быстром, так и при длительном нагружении материалов с полимерным связующим необходимо учитывать их упруговязкие свойства. Но для того, чтобы описать до разрушения деформирование композиционных материалов с пластичной металлической матрицей, необходимо учитывать пластические свойства. К сожалению, из-за сложности описания этих эффектов они учитываются только в отдельных и немногочисленных теориях пластин. В' последнее время для анализа сложных конструкций используют метод конечных элементов. Поскольку такой подход описан в гл. 7 т. 8, здесь он не обсуждается.

Приведем обзор вероятностных аспектов длительной прочности. Библиография по длительной прочности композитов приводиться не будет; эти данные можно найти в других источниках. Поскольку «статическая» прочность может рассматриваться как прочность при t = 0 в истории нагружения материала, то большинство результатов, полученных с применением вероятностных методов в статическом случае, применимо и в случае длительного нагружения. При длительном нагружении время до разрушения изделия является случайной величиной и всегда должно оцениваться статистическими способами. Долговечность обычно оценивают тремя параметрами: 1) средним значением времени до разрушения; 2) частотой или плотностью вероятности; 3) средним квадратическим отклонением.

Некоторые исследователи считают, что склонность закаленной стали к замедленному разрушению связана не столько с присутствием водорода и среды, сколько с закономерностями мартен-ситного превращения, приводящего к возникновению в структуре стали остаточных микронапряжений вследствие «динамического» эффекта при столкновении быстрорастущих мартенситных кристаллов друг с другом или с границами зерен [91, 131]. Этим объясняется ЗР сталей по границам старых аустенитных зерен [90]. Склонность к ЗР объясняют постепенным накоплением дефектов структуры, образующихся в результате вязкого течения по границам зерен [113]. Склонность к ЗР возрастает с увеличением податливости нагружающей системы. Так, при длительном нагружении на растяжение с перекосом 12° болтов диаметром 10 мм из стали ЗОХГСА (в состоянии закалки с

Внутризеренный характер распространения трещины не является свидетельством повышенной прочности при длительном на-гружении. Так, попытки применить термомеханическую обработку (ТМО) для деталей, работающих при высоких температурах,, не привели к успеху. После ТМО характер разрушения менялся следующим образом: в сплавах ХН77ТЮР и ХН70ВМТЮ при длительном нагружении и 700—850°С после обычной обработки разрушение проходило в основном по границам зерен, после ТМО имело смешанный характер с преимуществом внутризерен-ного, при этом длительная прочность снижалась примерно на 30%. При кратковременном нагружении при 20°С после ТМО повышались прочность и пластичность образцов и изменялся характер разрушения от смешанного к целиком внутризеренному.

Несоответствие механических свойств при кратковременных и длительных нагружениях наблюдается часто. Вместе с тем особо хрупкое состояние тела зерна, проявляющееся при кратковременном нагружении, может привести к преждевременному разрушению при длительном нагружении. Это наблюдалось, например, в высоколегированном никелевом сплаве ЖС6У в состоянии непосредственно после закалки при нагружении при температуре 800°С. При этой температуре в сплаве после закалки происходит интенсивный распад твердого раствора, большое количество частиц основной упрочняющей ^'-фазы является препятствием для движения дислокаций, кроме того, на границах: и в теле зерен имеются выделения игольчатой формы [68]. В не-термообработанном сплаве при этой же температуре испытания интенсивного распада не наблюдается. В условиях нагружения сг=0,55 ГН/м2, ^=800°С время жизни образцов с трещиной в тер-мообработанных образцах составляло 20—30% общей долговечности, в литых 55—60%, при этом полная долговечность увеличивалась примерно в 10 раз. Фрактографическое исследование показало, что разрушение литых образцов от разрушения тер-мообработанных образцов отличается в основном степенью пластичности процессов деформирования и разрушения в теле зерна, что выявилось при исследовании изломов в зоне долома и при однократном нагружении (рис. 61).

разрушения в общем случае, условно* можно разделить на два участка: первый, примыкающий к очагу, образованный практически целиком межзеренным разрушением и соответствующий стадии медленного развития разрушения, и второй, имеющий смешанное строение и соответствующий ускоренному равитию разрушения. Зона однократного долома имеет, как правило, преимущественно волокнистое строение, соответствующее внутризе-ренному разрушению или разрушению по границам зерен, по проходящему с более существенной пластической деформации, чем при длительном нагружении. В том случае, когда при длительном развитии трещины разрушение преимущественно внутризеренное, различие между этими зонами выявляется менее четко и в ряде случаев лишь по степени локальной пластичности ямочного рельефа. Замечено, что с увеличением долговечности увеличивается относительный размер первой зоны, а также различие первой и второй зоны по степени зернистости (см. табл.3).

На изломах длительного статического и однократного нагру-жения отмечался разный характер связи расположения пластичных ямок с частицами упрочняющих фаз: если при длительном нагружении более пластичный характер разрушения наблюдается, как правило, в области расположения мелких частиц упрочняющих фаз, то при однократном нагружении локальное повышение микропластичности разрушения связано с наличием более крупных по размеру частиц.

На основе полученных данных о деформированном состоянии компенсатора при длительном нагружении кривая длительной

Постоянная Ci в уравнении (3.10), по-видимому, кроме кратковременных пластических свойств материала характеризует еще и деформационную способность при длительном нагружении.