Разрушения жаропрочных

. Чаще вязкость упоминается в качестве самостоятельного термина наряду с пластичностью, и этим терминам даются различающиеся формулировки. Пластичность определяется как состояние металла, допускающее под воздействием силы необратимое без разрушения изменение расстояния между элементарными частицами, а вязкость — свойство металла разрушаться под действием непрерывно приложенной одноосной растягивающей нагрузки только после большой пластической деформации [1].

Изменение ориентации поверхности разрушения с 90 до 45° по отношению к направлению главных растягивающих напряжений связано с увеличением деформируемого объема, т. е. с уменьшением локальности процесса деформирования и разрушения.

Складки или рубцы могут представлять собой также траекторию единой трещины, меняющей свою ориентировку в процессе разрушения. Характерным является возникновение ступенек па изломе при изменении схемы приложения нагрузок в процессе развития разрушения, например переход от изгиба к кручению (рис. 146,6) и т. п. Следы слияния рядом развивающихся трещин располагаются вдоль направления разрушения, ступеньки другого происхождения направлены перпендикулярно направлению распространения разрушения. Изменение направления разрушения часто наблюдается из-за резко пониженных свойств материала по второму направлению (менее нагруженному, чем направление, в котором образовалась начальная трещина) и сопровождается, как правило, резким изменением строения излома. Изменение направления разрушения и образование вследствие этого резкой ступеньки на изломе может наблюдаться при «выходе» трещины из области действия концентратора напряжений. Факт совпадения или несовпадения плоскости разрушения с плоскостью концентратора напряжения свидетельствует о степени влияния концентратора на возникновение и развитие разрушения.

При циклическом растяжении—сжатии ферромагнитного изделия з постоянном магнитном поле происходит вследствие магнитоупругого эффекта изменение его магнитной проницаемости под воздействием механических напряжений [1]. Представляет интерес исследование изменения сигнала, возбуждаемого при этом в проходной измерительной катушке, с целью разработки метода контроля за процессом усталостного разрушения.

Таким образом, на основании принятого критерия откольного разрушения изменение откольной прочности (максимальной величины растягивающих напряжений в плоскости откола) определяется влиянием скорости пластического течения на сопротивление материала пластической деформации. Схематическая диаграмма деформирования материала в плоскости откола для двух различных скоростей пластического деформирования приведена на рис. 122, б. Из диаграммы следует, что рост величины максимальных растягивающих напряжений при отколе сгр с ростом скорости нагружения определяется повышением скорости деформации и связанной с ней вязкой составляющей сопротивления сдвигу и изменением объемной деформации при сохранении величины пластического сдвига. Отсюда сопротивление откольному разрушению при одноосной деформации e,f

В большинстве случаев коррозионного разрушения изменение его кинетики не может быть объяснено простой моделью и должны быть привлечены более сложные химические процессы, включая изменения в стехиометрии окисной пленки или осаждение на ней такого материала, как углерод. Линейная зависимость скорости коррозии потенциально очень опасна, так как при этом взаимодействие значительно выше, чем предсказанное на основании кратковременных испытаний, в процессе которых окисел выполняет защитные функции.

Один из наиболее перспективных подходов к описанию нелинейного процесса накопления повреждений и последующего разрушения может быть основан на концепции повреждаемости материала, гибкость которой продемонстрирована в ряде работ. Параметр сплошности или поврежденное™ в рассматриваемой концепции не имеет однозначного физического толкования. В зависимости от динамики процессов деформирования или разрушения изменение сплошности (повреждаемость) может означать появление и рост микротрещин и пор, изменение механических или физических свойств или и то, и другое. Но все эти интерпретации объединяет то, что сплошность отражает состояние материала при воздействии на него механических нагрузок и физических полей.

Оценка несущей способности элементов конструкций при малоцикловом нагружении основана на анализе напряженного и деформированного состояния в зонах концентрации напряжений (деформаций) с использованием кинетики циклических деформационных свойств материалов по числу циклов нагружения и соответствующих критериев разрушения. Изменение деформационных характеристик зависит как от условий нагружения, так и от структурного состояния материала и может характеризоваться либо увеличением (разупрочняющиеся материалы), либо уменьшением (упрочняющиеся материалы), либо неизменностью (циклически стабилизирующиеся материалы) ширины петли гистерезиса с ростом числа циклов нагружения с заданной амплитудой нагрузки (напряжение) в цикле,

При упругопластическом циклическом деформировании образцов с надрезом в малоцикловой области разрушения изменение с ростом числа циклов нагружения измеряемой осредненной деформации (в том числе и пластической) на выбранной базе образца, так же как и для образца без надреза, зависит от условий нагружения и структурного состояния материала. В некотором масштабе деформаций изменения деформаций (усилий) надрезанного образца при этом качественно повторяет поведение ненадрезанного образца. Как и в условиях однородного напряженного состояния [66, 80], при малоцикловом нагружении образцов с надрезом количество поглощенной материалом энергии является функцией долговечности образца (рис. 4.19): чем выше долговечность, тем большее количество энергии поглощается образцом к моменту разрушения. При этом, как видно из рис. 4.22, общее количество энергии может во много раз превышать энергию однократного разрушения, определяемую площадью под кривой статического растяжения. Для образцов с надрезом осредненная деформация измеряется на некоторой базе, включающей надрез, и измерение при статическом и циклическом нагружении осуществляется на одной и той же базе.

В соответствии с закономерностями усталостного разрушения изменение предела выносливости стали с ростом ее статической прочности

Рис. 7.7. Карта (а) зависимости скорости роста усталостной трещины da/dN и механизмов внутризеренного (ВЗ), межзеренного (МЗ) разрушения или смешанного разрушения жаропрочных сплавов от частоты приложения нагрузки ау при постоянном уровне размаха деформации [21], а также аналогичная зависимость для сплава In 718 при разной асимметрии цикла и постоянном уровне Ктт [22]

Варьирование формы цикла нагружения активизирует процессы разрушения жаропрочных сплавов, но и может вызывать пластическое затупление вершины трещины. С возрастанием длительности выдержки пластическое затупление может доминировать, что и вызывает снижение скорости роста трещины. В общем случае процессы повреждения материала в цикле нагружения могут быть описаны с помощью модели (рис. 7.13), предложенной в работе [54]. Как следует из этой модели, выдержка под нагрузкой, как и форма цикла, влияет на активизацию процессов ползучести, которые служат ускоряющим фактором в развитии усталостной трещины и могут быть охарактеризованы, например, так, как это представлено в соотношении (7.17).

Применительно к решению задачи об определении причины разрушения элемента конструкции реализованный процесс роста трещины уже имеет указанный показатель степени. Он может быть определен в результате измерений шага усталостных бороздок по длине трещины, поэтому решение обратной задачи становится достаточно простой процедурой. По известным или предполагаемым значениям поправочных функций, полученным на основе испытания образцов, производится оценка реализованных условий процесса усталостного разрушения жаропрочных и нержавеющих сталей. Она позволяет дифференцировать процессы, реализованные в области низкочастотного, высокотемпературного нагружения и с выдержками материала под нагрузкой.

Визуальный анализ раскрытых изломов дисков по трещинам показал, что они зарождались на поверхности одного или нескольких крепежных отверстий в ступице со стороны центрального отверстия и развивались в радиальном направлении к центральному отверстию (рис. 10.6). После прорастания трещины на всю толщину перемычки между крепежным и центральным отверстиями дальнейшее развитие трещин происходило в направлении обода диска с опасностью его разрушения по радиальному сечению. На участке перемычки, расположенной между отверстиями под болт крепления дисков к валу турбины и центральным отверстием дисков, изломы окислены на большей части до золотисто-серого цвета, а их строение на всей поверхности характеризуется внутризерен-ным ростом трещины, типичным для усталостного разрушения жаропрочных сплавов. У поверхности отверстия под болт, вблизи переднего торца ступицы, у каждого диска имеется зона наиболее интенсивного окисления поверхности, указывающая на длительный период развития трещины, а также свидетельствующая о том, что начальный этап разрушения связан с развитием в диске несквозной поверхностной трещины полуэллиптической формы (см. рис. 10.66).

Разрушение обоих дисков по двум другим сечениям имело смешанный характер по границам зерен и внутризеренно со следами макропласти-ческой деформации сплава по границам излома во всех сечениях разрушения, что характерно для кратковременного статического разрушения жаропрочных сплавов.

Закономерности развития трещин в лопатках. Излом лопаток, располагавшихся по сечению центральной части пера на расстоянии 152 и 148 мм от подошвы замка, имеет усталостный характер с развитием усталостной трещины со стороны выходной кромки пера, где имеется зона статического разрушения материала лопатки по границам зерен (рис. 11.30). Эта зона начинается от поверхности выходной кромки пера и распространяется в направлении хорды пера по всей толщине профиля лопатки. В лопатке с максимальной наработкой ее распространение имело место на длину примерно 2 мм. Поверхность излома в пределах этой зоны окислена почти до черного цвета и имеет кристаллическое камневидное строение. Признаков пластической деформации материала лопатки по границам этой зоны с поверхностью пера и растрескиваний материала в прилегающих к излому объемах пера при увеличениях до 56 раз на поверхности пера не наблюдается. Отмеченные особенности разрушения материала в районе выходной кромки пера лопатки характерны для случаев длительного статического разрушения жаропрочных сплавов. Никаких характерных и специфических признаков разрушения материала лопаток, отличающих разрушение лопаток с большой наработкой от других лопаток, не выявлено.

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И ХАРАКТЕРА РАЗРУШЕНИЯ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ В ВАКУУМЕ И СКОРОСТНОМ ВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ

И. Н. Богачев, Ю. Г. Векслер, В. П. Лесников, В. Г. Сорокин. Исследование свойств и характера разрушения жаропрочных сплавов в вакууме и скоростном воздушном потоке...... 153

Исследование свойств и характера разрушения жаропрочных сплавов в вакууме и скоростном воздушном потоке. Богачев И. Н., В е к с л е р Ю. Г.,

56. Котос П. И., Гусенков А. П., Вашунин А. И. Закономерности разрушения жаропрочных сплавов при малоцикловом неизотермическом нагружеиии. — Ма-шиноведение, 198.1, № 3, с. 68—76.

Основной причиной, снижающей надежность сварных узлов из аустенитных сталей, эксплуатирующихся при высоких температурах в условиях ползучести, являются локальные разрушения. Причины их появления были детально рассмотрены в п. 8. В данном параграфе оценивается влияние различных факторов на склонность к этому виду разрушения жаропрочных аустенитных сталей.

С ростом температур эксплуатации значение межзерен-ного разрушения жаропрочных сплавов возрастает При-