Большая техническая энциклопедия
0 1 3 5 8
D N
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
КА КВ КЕ КИ КЛ КО КР КУ

Кинетическая диаграмма - усталостное разрушение

 
Кинетическая диаграмма усталостного разрушения позволяет оценить усталостную прочность и дозкшвчпохяь материала в конструкции.
Примером является кинетическая диаграмма усталостного разрушения ( КДУР), именуемая диаграммой Пэриса.
Химический состав нержавеющих сталей.| Механические свойства нержавеющих сталей. На рис. 6.14 представлены кинетические диаграммы усталостного разрушения образцов из нержавеющей стали SUS 316 в зависимости от содержания азота ( в пределах от 0 02 до 0 66, вес.
Для описания всех участков кинетической диаграммы усталостного разрушения Коллиприст предложил уравнение гиперболического арктангенса, содержащее четыре параметра.
Соответственно им предлагается выделить на кинетической диаграмме усталостного разрушения критерий & Kq. Поскольку при низких значениях АК, близких к & Kth, приращение длины трещины за цикл меньше, чем величина этого кванта, то, по мнению автора, это свидетельствует о дискретном подрастании трещины.
Изменение скорости роста усталостной трещины da / dN ( 1, 3, 5, 7, 9 и ширины усталостных бороздок Л ( 2, 4, 6, 8 в зависимости от амплитуды коэффициента интенсивности напряжения Л для сталей 10ХСНД ( 1 - 4 и 09Г2С ( 5 - 9. Испытания на усталость выполнены при R 0 11 ( 5, 6, 0 18 ( 9, 0 22 ( 7, 8, 0 23 ( 3, 4 и 0 5 ( /, 2. Подстадия Пб совпадает с участком Пб на кинетической диаграмме усталостного разрушения, где применимо уравнение Пэриса.
Изменение величины среднего напряжения цикла существенно влияет на ход кинетических диаграмм усталостного разрушения.
В параграфе 5 главы I было показано, что важной характеристикой кинетических диаграмм усталостного разрушения является пороговый коэффициент интенсивности напряжений. С практической точки зрения эта величина имеет большое значение, так как определяет по существу предел выносливости образца или детали с трещиной определенного размера.
Структура металла сварного шва стали 09Г2С в условиях коррозионно-усталостного растрескивания, х 200. Обстоятельными исследованиями [172] показано, что среда может существенно изменить характер кинетических диаграмм усталостного разрушения. Наиболее частым является наличие на кинетической диаграмме перегиба, тесно связанного с механическими параметрами нагружения. При диагностировании состояния коррозионно-усталостного растрескивания следует помнить о склонности трещин при этом виде растрескивания к ветвлению, затуплению и закрытию. При своем распространении трещина пересекает зерна псевдоэвтектоида и зерна феррита. Наиболее часто наблюдается закрытие коррозионно-усталостных трещин в области низких значений коэффициентов интенсивности напряжений.
Графическое представление зависимости скорости роста усталостной трещины от параметра разрушения называется кинетической диаграммой усталостного разрушения. Параметрами кривой скорости роста усталостной трещины, по которым ее можно воспроизвести, являются характеристики циклической трещиностойкости, количественно выражающие сопротивление материала росту трещины в разных диапазонах его скоростей.
Схема установки для исследования скорости распространения усталостной трещины. В принципе на этом оборудовании можно проводить эксперименты, связанные с построением кинетических диаграмм усталостного разрушения ( КДУР) - новейшим методом оценки циклической тре-щиностойкости ( вязкости разрушения) любых металлических сплавов, в том числе и с покрытиями.

Вероятно, столь аномально проявившееся влияние частоты на-гружения 0 1 Гц на кинетическую диаграмму усталостного разрушения стали 45ХН2МФА ( см. рис. 5.47) обусловлено образованием защитной пленки, затрудняющей адсорбцию атомов водорода в окрестности вершины трещины. В результате снижается степень водородного охрупчивания границ зерен и соответственно уменьшается скорость роста трещины в припороговой области. Ослабление водородного охрупчивания фрактографически проявляется в уменьшении доли межзеренного разрушения и снижении степени ветвления трещин по границам зерен.
Из инвариантности параметров А и В к внешним условиям нагружения следует, что все кинетические диаграммы усталостного разрушения должны пересекаться в точке с координатами: В, имеющей размерность скорости, и А, имеющей размерность коэффициента интенсивности напряжений. Как уже отмечалось выше, это смещение обусловлено влиянием эффекта закрытия трещины на А / С.
Ямочный рельеф в зоне Ив усталостного излома стали 08Г2ФБ. Различие в доле ямочной составляющей сохраняется по всей поверхности излома в пределах Пв участка кинетической диаграммы усталостного разрушения. В пределах аст 1 мм значения Д в сравниваемых плавках стали 08Г2ФБ одинаковы. С дальнейшим ростом аст 1 мм разница в величинах Л возрастает.
Пороги циклической трещиностойкости хромокремнистых сталей. Обстоятельные исследования [172] показывают существенную роль среды на скорость роста трещины на I участке кинетической диаграммы усталостного разрушения. Пороговые амплитудные значения коэффициента интенсивности напряжений в коррозионной среде AKthc становятся структурно-чувствительными характеристиками. В табл. 5.6 приведены результаты исследования влияния углерода и температуры отпуска на пороговую трещиностойкость конструкционных сталей.
Экспериментальные исследования показывают, что часть изменение асимметрии цикла нагружения приводит к эквидистантному смещению кинетических диаграмм усталостного разрушения.
Процессу разрушения, как и другим неравновесным процессам, свойственны стадийность и многомасштабность, описываемые кинетической диаграммой усталостного разрушения.
С позиций механики разрушения ( механики трещин) комплексной характеристикой сопротивления усталости металлов и сплавов является кинетическая диаграмма усталостного разрушения ( см. рис. 4.5, гл.
Полная диаграмма усталостного разрушения. Шкалы по осям логарифмические. Для суждения о закономерностях распространения трещин усталости проводят соответствующие эксперименты и, исходя из них, строят кинетические диаграммы усталостного разрушения.
Для оценки числа циклов ЛГр от момента зарождения до момента, когда трещина становится сквозной, существуют кинетические диаграммы усталостного разрушения.
Для оценки числа циклов от момента зарождения трещины до момента, когда трещина становится сквозной, существуют кинетические диаграммы усталостного разрушения. Эти диаграммы связывают между собой скорость роста трещины da / dN и изменение за один цикл напряженно-деформированного состояния в вершине трещины.
Кинетические диаграммы усталостного разрушения стали 15Х2НМФА с КП 60. Водная среда при 80 С способствует значительному увеличению скорости роста трещины, прежде всего в околопороговой области кинетических диаграмм усталостного разрушения. На среднем участке диаграммы это различие меньше, а при высоких Д / С - почти незаметно.

Для оценки количества циклов Np от момента зарождения трещины до момента, когда трещина становится сквозной, существуют кинетические диаграммы усталостного разрушения.
Несовпадение значений da / dN с А обусловлено тем, что при Д, соответствующих области II на кинетической диаграмме усталостного разрушения, скачок трещины происходит не за каждый цикл и обусловлен вкладом других механизмов роста трещины: межкристаллит-ным разрушением и кристаллографическим сдвигом. Согласно [167], минимальное расстояние между стенками в Fe не зависит от амплитуды циклического нагружения и составляет 0 3 - 0 4 мкм. Эти значения близки к значениям Д, часто выявляемым в зоне стабильного роста трещины.
Для оценки числа, циклов Np от момента зарождения трещины до момента, когда трещина становится сквозной, существуют кинетические диаграммы усталостного разрушения.
Кинетическая диаграмма усталостного разрушения. При этом эмпирические коэффициенты С [ мм / ( цикл - МПа-м) ] и m определяются графически, используя среднюю часть кинетической диаграммы усталостного разрушения.
Уже свыше тридцати лет используются диаграммы, отражающие зависимость скорости роста трещины за цикл от величины размаха коэффициента интенсивности напряжений, которые называются кинетическими диаграммами усталостного разрушения.
Получаемый массив экспериментальных данных позволяет аттестовать материалы по сопротивлению разрушению при статическом, циклическом и ударном нагружении с определением предела усталости ст. ь статической ( Kic) и циклической ( Kifc, K) трещиностойкости на основе испытаний крупногабаритных образцов линейной механики разрушения с построением ( при циклическом нагружении) кинетической диаграммы усталостного разрушения ( КДУР), а также показателей сопротивления разрушению при ударном нагружении - критические температуры хрупкости КТХ, ударная вязкость.
Изменение порогового размаха коэффициента интенсивности напряжений низколегированной дуплексной стали в зависимости от объемного содержания мартенсита и асимметрии цикла нагружения.| Влияние объемной доли мартенсита на механические свойства низколегированной дуплексной стали. На рис. 6.24 представлены данные [40] по влиянию различных морфологии ос - и ( а ( З) - микроструктур ( а - Ti с вытянутой, равноосной и видманштетовой структурой; J3 - T1 в стабильном и метаста-бильном состоянии) титанового сплава Ti - 6 33 Al-353 Mo-192 Zr-0 23Si на закономерности изменения кинетических диаграмм усталостного разрушения. Таким образом, мы видим, что практически при одинаковом уровне предела текучести у структурных состояний Т4 и Т6 ( относительное удлинение у этих состояний также одинаково: 11 и 12 % соответственно) закономерности распространения усталостных трещин на начальных стадиях резко различаются.
Данная методика используется для оценки числа циклов от момента зарождения трещины до момента, когда трещина становится сквозной. Рассматриваются кинетические диаграммы усталостного разрушения, которые связывают скорость роста трещины dt I dN и изменение ( за цикл) напряженно-деформированного состояния ( НДС) в вершине трещины.
Долговечность при малоцикловой усталости алюминиевого сплава в исходном состоянии и после равноканального углового прессования. В исследованиях закономерностей распространения усталостных трещин также наблюдаются сложные зависимости между структурным состоянием и сопротивлением росту трещин. Из анализа кинетических диаграмм усталостного разрушения следует ( рис, 6 11), что наилучшее сопротивление распространению усталостной трещины наблюдается у крупнозернистого материала, а наихудшее - у образцов с размером зерна 24 1 мкм. Такая закономерность связана с особенностями механизма усталостного разрушения.
Скорость роста усталостных трещин зависит от многих факторов. Тем не менее, кинетические диаграммы усталостного разрушения имеют большое практическое значение.
В монокристаллах ориентация исходной усталостной трещины может заметно влиять на сопротивление ее распространения. На рис. 6.1 представлены кинетические диаграммы усталостного разрушения монокристаллов кремнистого железа в зависимости от направления плоскости распространения исходной усталостной трещины.

IV дан обзор экспериментальных данных, показывающих, что изменение внешних условий нагружения не влияет на п при обеспечении условий автомодельности напряженно-деформированного состояния на фронте трещины. В качестве примера на рис. 41 представлены кинетические диаграммы усталостного разрушения для сплава Ti - 6А1 - 4V, полученные [66] при варьировании асимметрией цикла в широком диапазоне. Эти же кинетические кривые представлены на рис. 42 после смещения их в точку с координатами А и В. Некоторое изменение п может быть связано в данном случае с высоким начальным номинальным напряжением, обусловливающим нарушение автомодельное напряженно-деформированного состояния на фронте трещины уже в момент ее старта.
Пороговые значения К или АК, соответствующие верхней ( К. К ц) границам автомодельного роста трещины на кинетической диаграмме усталостного разрушения ( рис. 1) Igv - IgAK ( где v - скорость роста трещины), являются фундаментальными характеристиками сопротивления усталостному разрушению, так как отвечают скачкообразному изменению скорости роста трещины. Это следует из анализа Л. И. Седова автомодельных движений.
В настоящее время расчет остаточного ресурса производят, как правило, только для стадии стабильного роста усталостной трещины, на которой скорость роста трещины подчиняется степенной зависимости Пэриса - Эрдогана. При этом эмпирические коэффициенты определяются графически, используя среднюю часть кинетической диаграммы усталостного разрушения в двойных логарифмических координатах. Используемое ограничение приводит к погрешности определения остаточного ресурса металлоконструкций, имеющих трещины небольшой глубины.
В и А - постоянные для сплавов на данной основе. Значения А и В для стали были получены [65] на основе анализа 352 кинетических диаграмм усталостного разрушения с различной структурой - от ферритно-перлитной до эвтектоидной, с различным уровнем прочности, характерным для низколегированных и высоколегированных сталей, мартенситно-стареющих сталей и сварных соединений.
Эта кривая называется диаграммой усталостного разрушения. Диаграмма ограничена слева значением К / тах KJY, а справа величиной ЛГ / / с - Кинетическая диаграмма усталостного разрушения позволяет оценить усталостную прочность и долговечность материала в конструкции.
Кратко остановимся на рассмотрении некоторых из этих факторов. Следует отметить, что различные факторы часто по-разному влияют на циклическую прочность гладких образцов ( без концентратора напряжений) и закономерности хода кинетических диаграмм усталостного разрушения, которые строятся с использованием образцов с заранее выращенной исходной усталостной трещиной.
Несколько иная закономерность влияния 3 % - ного раствора NaCI получена при испытании на циклическую трещиностойкость кремнийванадие-вой стали [ 59; 150, с. Коррозионная среда практически не повлияла на кинетику усталостной трещины на низкоамплитудном ( v 10 - 8 м / цикл) и высокоамплитудном ( v 10 - 6 м / цикл) участках кинетической диаграммы усталостного разрушения. На среднеамплитуд-ном участке в довольно широком диапазоне Кт она ускоряет рост трещины примерно в 2 7 раза.
Наряду с размером зерна на характеристики усталости и циклической трещиностойкости большое влияние на металлы и сплавы оказывают изменение химического состава, морфология, распределение и количество фазовых составляющих и неметаллических включений, а также стабильность структуры в процессе циклического деформирования. На рис. 47, для примера, представлены данные по влиянию различных морфологии a ( i микроструктур ( а - Ti с вытянутой, равноосной и видманштетовой структурой; р - Ti в стабильном и метастабильном состоянии) титанового сплава Ti - 6 ЗЗА1 - 3 53Мо - l 92Zr - 0 23Si на закономерности изменения кинетических диаграмм усталостного разрушения. Видно, что максимальное сопротивление распространению усталостной трещины наблюдается в сплаве с метастабильной р - матрицей вне зависимости от морфологии первоначальной a - фазы.
В стали 12ГН2МФАЮ при АК 36 МПа-Ум в изломе присутствуют фасетки межзеренного разрушения. При АК 47 МПа VM усталостные трещины распространяются по механизму не только образования усталостных бороздок, но и зарождения, роста и коалесценции пор. Наличие развитых зон пластической деформации в пределах участка Ив на кинетической диаграмме усталостного разрушения обусловливает влияние неметаллических включений на фрактографические особенности разрушения конструкционных сталей.
Рассмотрим некоторые следствия разработанной модели и их физическую интерпретацию применительно к распространению усталостных трещин в сталях средней и высокой прочности. Для этого кратко остановимся на результатах структурного изучения процесса разрушения при росте усталостных трещин. Доля различных фрактур в изломе существенно зависит от условий испытания. Для сталей средней и высокой прочности можно отметить следующие общие закономерности изменения усталостного рельефа с ростом размаха коэффициента интенсивности напряжений: доля микроскола с увеличением А / С уменьшается; при переходе от первого ко второму участку кинетической диаграммы усталостного разрушения иногда появляются области межзеренного разрушения; на втором участке доминирует усталостная фрактура с микротрещинами; на третьем участке кинетической диаграммы усталостного разрушения в ряде случаев наблюдаются бороздчатый рельеф и области с ямочным строением.
Рассмотрим некоторые следствия разработанной модели и их физическую интерпретацию применительно к распространению усталостных трещин в сталях средней и высокой прочности. Для этого кратко остановимся на результатах структурного изучения процесса разрушения при росте усталостных трещин. Доля различных фрактур в изломе существенно зависит от условий испытания. Для сталей средней и высокой прочности можно отметить следующие общие закономерности изменения усталостного рельефа с ростом размаха коэффициента интенсивности напряжений: доля микроскола с увеличением А / С уменьшается; при переходе от первого ко второму участку кинетической диаграммы усталостного разрушения иногда появляются области межзеренного разрушения; на втором участке доминирует усталостная фрактура с микротрещинами; на третьем участке кинетической диаграммы усталостного разрушения в ряде случаев наблюдаются бороздчатый рельеф и области с ямочным строением.
Вторая стадия кинетической диаграммы усталостного разрушения. Заштрихованная область - микроскопическая скорость распространения трещины ( расстояние между усталостными бороздками. На рис. 4.14 представлена вторая стадия стабильного РУТ, составленная с учетом данных работ [5, 7, 8,19, 20, 22,41], а в табл. 4.2 схема процессов, происходящих на этой стадии. Скорость РУТ на этой стадии находится в диапазоне от 1 до 10 мкм / цикл. Критерии трещиностойкости МГ, 2 и ДЯ 2 - з ограничивают эту стадию распространения усталостных трещин. В методических указаниях [12, 43] на этой стадии выделяют переходные значения размаха коэффициента интенсивности напряжений ДА, и AKh характеризующие участок кинетической кривой усталостного разрушения, где скорости ( микроскопическая и макроскопическая) распространения усталостной трещины совпадают с ходом кривой. В работе [44] на основе анализа экспериментальных данных сделан вывод, что различие между макро - и микроскоростью роста усталостной трещины в сталях и сплавах на второй стадии кинетической диаграммы усталостного разрушения обусловлено эффектом закрытия трещины в пределах его наличия. Критерий АКГ является важным параметром характеризующим окончание стабильного роста усталостной трещины.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11