Необратимой деформации

Наиболее характерным проявлением процесса старения материала является необратимая деформация детали. Рост деформации во времени приводит к постепенному изменению начальных параметров изделия, и при высоких требованиях к точности, которые характерны для современных машин, отказ наступает значительно раньше, чем будет исчерпана несущая способность детали.

Специально созданное приспособление (рис. 7.3) обеспечивает высокую жесткость крепления образца. Нагрев проводится электрическим током до выбранной температуры испытания. Термоциклиро-вание осуществляется одним из известных электронных устройств (рис. 7.4). В центральной части образца длиной не менее 4 мм обеспечивается постоянная температура. Деформация в этой зоне оценивается с помощью микроскопа МВТ по смещению реперных точек, нанесенных на микротвердомере ПМТ-3. Покрытие наносится на боковые поверхности образцов (см. рис. 7.2). При испытаниях определяются величины Ntt, №'w, Nv — количество циклов до образования микротрещин соответственно в покрытии, в основном металле, до разрыва образца на две части. По соответствующим формулам вычисляются количественные характеристики термической усталости: размах деформации за цикл и необратимая деформация центральной части образца.

Здесь NI (t) определяется при заданной в цикле нагружения деформации по кривой усталостного разрушения в условиях длительного жесткого нагружения с учетом частоты (времени) деформирования; N f — число циклов до разрушения (появление трещины); ef — односторонне накопленная деформация в момент разрушения (появление трещины); Rir (t) — необратимая циклическая деформация (ширина петли гистерезиса) в /с-м полуцикле нагружения; егг (t) — односторонне накопленная необратимая деформация;

Приведенные выше данные расчета повреждений при длительном циклическом нагружении выполнены для суммарной необратимой деформации без выделения составляющей ползучести на активном участке нагружения и во время выдержек. Обоснованность такого подхода подтверждается хорошим соответствием уравнениям (1.2.8), (1.2.9) экспериментальных данных, относящихся к тем случаям нагружения, когда необратимая деформация возникает, в основном, в результате ползучести и при активном нагружении в условиях, не приводящих к выраженному накоплению таких деформаций.

разгрузки, необратимая деформация выражается уравнением

Таким образом, полная необратимая деформация в полуцикле может быть представлена в виде суммы деформаций активного нагружения и ползучести

Здесь eir (t) — необратимая деформация (ширина петли) в полуцикле; 62 (t) — односторонне накопленная деформация; е^ (t) = = In [1/(1 — о)з (t)}] — пластическая деформация при статическом разрыве или длительная пластичность (при испытаниях на ползучесть); 1/тге — показатель степени кривой усталости (1), при отсутствии специальных данных можно принимать т — 2.

Приведенные выше данные расчета повреждений при длительном циклическом нагружении выполнены для суммарной необратимой деформации без выделения составляющей ползучести на активном участке нагружения и во время выдержек. Обоснованность такого подхода подтверждается хорошим соответствием уравнению (6) экспериментальных данных, относящихся к тем случаям нагружения, когда необратимая деформация возникает в основном в результате ползучести, а также при активном нагружении в условиях, не приводящих к выраженному накоплению таких деформаций.

рактерной диаграммой растяжения (рис. 3). До точки А полимер испытывает практически только высокоэластич. деформацию. Напряжение, соответствующее точке А, есть предел текучести. При напряжениях, превышающих ст„, развивается одновременно с высокоэла-стическои остаточная (необратимая) деформация. Равномерное развитие остаточной деформации вдоль образца и по его сече-

Необратимая деформация ерс при высокой температуре представляет собой сумму пластической (активной) деформации е_ и деформации ес ползучести:

где е— истинная необратимая деформация, е = е<"п> + е<вп>; а — истинное напряжение, С — постоянная, зависящая только от температуры. В случае ползучести при о = const (с учетом возможного образования шейки) эта работа равна произведению аер. Полагая, что текущая поврежденность элемента материала пропорциональна совершившейся к данному моменту времени ра-

Относительное изменение объема при необратимой деформации можно представить в виде [13]:

Относительное изменение объема при необратимой деформации можно представить в виде [13]

никать единичные ротационные структуры с небольшими разориентировками [64, 65], которые составляют величину менее одного градуса, и поэтому на ранних стадиях накопления повреждений при циклическом нагружении могут соответствовать структурам типа 3-5 (см. рис. 3.13), как это было показано в работе [37]. По мере накопления необратимой деформации в кристалле могут быть одновременно реализованы ротации объемов с малоугловыми разориентировками, средними — (1-10°), и болыпеугловыми (большие) — со0 > 10°.

мация может следовать линейному закону, ведущему к остаточной: необратимой деформации dui при нулевой нагрузке.

ты, причем в этом случае при оценке длительного циклического и длительного статического повреждений односторонне накопленная деформация и амплитуда циклической необратимой деформации должны рассматриваться с учетом деформации ползучести.

Приведенные выше данные по суммированию повреждений при длительном циклическом нагружении выполнены для суммарной необратимой деформации без выделения составляющей ползучести на активном участке и во время выдержек.

В простейшем случае такое разделение можно выполнить с разложением необратимой деформации на пластическую деформацию

активного нагружения и деформацию ползучести при выдержке. Этим компонентам может быть приписана ответственность за накопление материалом тех или иных повреждений. Так может быть сделано предположение, что доля усталостного повреждения зависит только от величины пластической деформации при активном нагружении, а доля длительного статического повреждения — от суммарной необратимой деформации. При этом для всех случаев испытаний, кроме испытаний по схеме рис. 1.2.1, г, получено (точки 1) несколько меньшее поле рассеяния величин накопленного повреждения (рис. 1.2.2, б). Однако образцы, испытанные по режиму, приведенному на рис. 1.2.1, г, дают малые значения накопленного повреждения (точки 3), что исключает использование такого подхода при оценке длительной малоцикловой прочности.

Приведенные выше данные расчета повреждений при длительном циклическом нагружении выполнены для суммарной необратимой деформации без выделения составляющей ползучести на активном участке нагружения и во время выдержек. Обоснованность такого подхода подтверждается хорошим соответствием уравнениям (1.2.8), (1.2.9) экспериментальных данных, относящихся к тем случаям нагружения, когда необратимая деформация возникает, в основном, в результате ползучести и при активном нагружении в условиях, не приводящих к выраженному накоплению таких деформаций.

Из сказанного выше вытекает, что в рассмотренном диапазоне скоростей деформирования влияние скорости в прямой форме н& проявляется, а изменение циклических свойств должно быть отнесено за счет различного времени деформирования при одинаковом числе циклов. Соблюдение условия подобия предполагает, кроме того, раздельное влияние времени деформирования, числа циклов и уровня исходного деформирования на величину необратимой деформации. Это раздельное влияние может быть проверено постановкой специального эксперимента, сочетающего циклическое деформирование с выдержками в течение определенного времени без нагрузки. Немаловажной является и возможность установления закономерностей циклического деформирования с температурными выдержками, поскольку работа конструкций часто протекает именно таким образом.

Таким образом, выражение для необратимой деформации может быть записано в виде