книги / Разрушение при малоцикловом нагружении

вепие ферритных и перлитных зон по объему материала было обусловлено неравномерностью распределения углерода по объему материала. При прокатке эти участки сохранились в виде чередую­ щихся полос, ориентированных вдоль направления прокатки. И в тех случаях, если последующей термообработкой не удается устрапить указанную неравномерность, при малоцнклопом на­ гружении процессы пластической деформации локализуются в зонах, менее сопротивляющихся пластическим деформациям и разрушениям, например, как в нашем случае, в ферритных участ­ ках. Это обстоятельство свидетельствует о том что неоднородность деформации, а с иен и рассредоточенное трсщннообразование

вмногофазных сплавах определяются также и характером рас­ пределения фаз.

Если в зоне с микротрещпнами имеется включение, оно может быть концентратором напряжений, а в связи с этим и источником зарождения мпкротрещнн, которые могут распространяться как

внаправлении максимальных сдвиговых, так и иормальпых напряжений (рис. 4.37—4.39). Если включение или вторая фаза

иматериал в зоне их расположения являются более прочными, чем основной металл, н между включенном н матрицей имеется хорошая когерентная связь, то включения являются препятствия­ ми для распространения, и при встрече с ними микротрсщнны при циклическом кручении разветвляются в направлениях максималь­ ных нормальных напряжений (рис. 4.39, б). Граница зереп (рис. 4.40) также является препятствием распространяющейся трещине, и это является одной из причин распространения тре­ щины скачкообразно.

Для пластических материалов трещина обычно всегда распро­ страняется по пластически деформированному материалу (рис. 4.42). У образцов с бейнитпон структурой и структурой зер­ нистого перлита для той же стали ЧСН, у которых отсутствовала структурная неоднородность в виде полосчатости, распределение микротрещии по поверхности образца было сравнительно равно­ мерным (рис. 4.40, а) н увеличение их плотности наблюдалось

Приведенные выше данные показывают, что исходное струк­ турное состояние материала определяет не только сопротивление его циклическому деформированию, но также н характер образо­ вания н развития микро- н макротрещин.

В связи с рассмотренным следует подчеркнуть важность кон­ троля структурного состояния конструкционного материала, осо­ бенно в случае режимов термообработки в условиях близости точек структурных переходов, как это было в описанном случае для стали ЧСН, обработанной но всех случаях по следующему режи­ му: нагрев до 960—980° С, выдержка при максимальной темпера­ туре 1 ч, затем закалка в масло с последующим старением при температуре 700—720° С в течение 8 ч. Как видно, старение осу­ ществлялось при температуре, максимум которой был близок

153

к точке Ас, (727° С), т. е. разница температур составляла пе-

сколько градусов, что находится в пределах точпостн поддержа­ ния температурных режимов, обычно применяемой при термооб­ работке нагревательных и регулирующих устройств. Поэтому от­ клонение температуры в пределах указанного диапазона с учетом забросов регулирования позволяло получать материал с сущест­ венно различными структурами (феррито-перлитная, бейнитная и со структурой зернистого перлита (рис. 4.43).

Незначительные отклонения в режимах термообработки при­ вели к образованию существенно различных структур, обусло­ вивших также и разное поведение материалов при упругопласти­ ческом циклическом деформировании: материал с бенпитной структурой упрочнялся, со структурой зернистого перлита — разупрочнялся, а с феррито-перлитной структурой — был цикли­ чески стабилизирующимся [96].

Зависимость от структурного состояния сопротивления цикли­ ческому упругопластпческому деформированию материалов, оп­ ределяющему особенности накопления квазистатнческпх и уста­ лостных повреждений и тем самым условия достижения предель­ ного состояния по разрушению [44, 35J, вызывает необходимость предъявлять особые требования к технологии обработки конструк­ ционных материалов изделий, элементы которых в процессе эксплуатации работают за пределами упругости.

Исследования показали, что в зависимости от степени разви­ тия пластической деформации и уровня повреждения изменяются и характеристики сопротивления пластическому деформированию* Например, в начальный момент нагружения сплава ЭН-437Б при температуре 700° С наблюдалось [30] уменьшение петли гистерези­ са и предела текучести б и ор. Последнее было обусловлено

эффектом Баушингера при смене знака нагрузки. Причем чем больше деформация, тем выше был эффект Баушингера: при ам­

проявлялись временные эффекты, связанные с интенсивным деформационным старением материала, наблюдалось повышение предела текучести, и эффект Баушингера на этой стадии не пре­ вышал 10%. С увеличением количества циклов нагружения, со­ провождающимся ростом интенсивности разупрочнения материа­ ла, вновь пачипал падать циклический предел текучести a0i02, эффект Баушингера увеличивался. В результате упрочнения ма­ териала на начальной стадии нагружения наблюдалось уменьше­ ние ширины петли гистерезиса и рост ее с увеличением количества циклов нагружения.

Такое изменение ширины петли гистерезиса и предела теку­ чести связано с тем, что вследствие деформационного старения материала охрупчивалнсь границы зерен и на определенной ста-

155-