книги / Сопротивление жаропрочных материалов нестационарным силовым и температурным воздействиям

<*: 850° С, ут — 1) для сплава ЭИ435 при данной жесткости за­ крепления образца К Ф 0 суммарная пластическая деформация, накопленная за определенное число циклов, зависит от величины механических напряжений (рис. 79). Накопленная пластическая деформация до разрушения материала в случае термоциклического

нагружения при данном А!Г по программе ут = 1 и данной жест­ кости закрепления образца при <тм = const определялась так:

N„

N = i

где / (N, ом) — функция, определяемая из эксперимента (рис. 78),

<Лепл)

пл'л

1f ) С'ы). (1У.39)

(АсШ1)^ея1

Здесь (Депл)^=1— величина накопленной пластической дефор­ мации эа первый цикл при данной программе термомеханического

нагружения (уу = 1) и данной жесткости закрепления образца:

напряжений за время т, на протяжении которого действуют посто­ янные механические и переменные тепловые напряжения, изме­ няющиеся в пределах от ом до огаах> (Aen0na)iv=i — величина пла­

стической деформации ползучести ва первый цикл за время т, на протяжении которого действуют только механические постоянные напряжения.

Зависимость между накопленной пластической деформацией до разрушения материала ЭИ435 и величиной механических на­ пряжений при данной программе термоциклического нагружения

дать количественную оценку влияния механических статически приложенных постоянных напряжений на величину накопленной пластической деформации до разрушения материала в условиях термоциклического нагружения при данной программе и данной жесткости закрепления образца.

Процессы накопления пластических деформаций и исчерпание пластичности материала при данном механическом напряжении

ний, которые в данном случае зависят от граничных условий зак­ репления образца, характеризуемых параметром К * (рис. 81). Йз рис. 81 видно, что интенсивность процессов упрочнения (разу-

Рис. 81. Изменение пластических деформаций стали 1Х18Н9Т от цикла к циклу при <7М= 18,4 кГ/ммг в за­ висимости от формы температурного цикла (а) и параметра

К * при ут = 1 (б).

прочнения), а также продолжительность установившегося участка

(Д&пл = const) зависят при данном ДТ от формы температурного цикла и граничных условий закрепления образца. Величина на­ копленной пластической деформации до разрушения образца при данных ДГ и с м в зависимости от формы температурного цикла и граничных условий закрепления образца определяется так:

до разрушения материала в условиях изотермической ползучести

при огм = const и максимальной температуре; | (уг , К*) — функ­ ция, учитывающая влияние характера температурного цикла и граничных условий закрепления при данном АТ и ам на величину накопленной пластической деформации до разрушения материала.

Функция | (ут, К*) для стали 1Х18Н9Т показана на рис. 82. Обработка полученных результатов позволила определить эту функцию в явном виде:

чина накопленной пластической деформации до разрушения ма­

Если в формуле (IV.42) утпринять эа параметр, а К * за пере­ менную, то данная формула опишет серию кривых, учитывающих влияние термоусталости при дан­ ных ДГ и ом на циклическую пол­

зучесть. Если в формуле (IV. 57) К *

г**

принять за параметр, а уг ва пе­ ременную, то данная формула опи­ шет серию кривых, дающих коли­ чественную оценку влияния харак­ тера температурного цикла на ве­ личину накопленной пластической

Рис. 82. Зависимость коэффициента £ для стали 1Х18Н9Т при а = 18,4 кГ/мм2 и Т — 400 670° С от формы темпера­ турного цикла и граничных условий закрепления образца.

рушения материала в условиях изотермической ползучести при

К * = 1) при данном АТ и постоянном напряжении, равном меха­ ническому.

Если в формуле (IV.46) К * примем эа переменную, а ут — за параметр, то получим серию кривых, дающих количественную оценку влияния термической усталости при данном АТ на цикли­ ческую ползучесть при любой программе изменения температуры

время до разрушения материала при данном интервале изменения температуры в зависимости от формы температурного цикла и гра­ ничных условий температурного нагружения.

В работах [442, 452, 4541 приведены исследования по изучению поведения материала при термоциклическом нагружении при наличии предварительных растягивающих средних напряжений.

Д<Тп

~ср

== const (До0 — интервал циклического растягивающего тепло­ вого напряжения; аср — исходное среднее напряжение). Измене­ ние напряжений при теплосменах приведено на рис. 85. Образец на­ гревался от температуры Tmfn до Ттах и поскольку он был свободен от внешних связей, то получал соответствующее удлинение за счет изменения температуры.Вследствие неравномерного распределения

температуры удлинение определялось как Л1тепл = §<xmAT (х) dx.

о

Затем образец при Ттах растягивался с помощью механических на­ грузок по кривой ОА ипри(аср)0, получив деформацию Двм, закреп­ лялся фиксатором. При изменении температуры от Ттах до Гшт в образце возникали дополнительные напряжения. В этом случае он деформировался по кривой АВ, получив дополнительную деформацию, равную ДетеШц и общее растягивающее напряжение, при котором общая механическая деформация в случае «жесткого» нагружения равна Дем + ДетепЛ1 а в случае «эластичного» на­ гружения она меньше на величину деформации системы. Дефор­ мация Двтелл « Дем соответствует амплитуде «жесткого» термо­ циклического нагружения. При нагреве от Tmin до Ттах разгрузка

Если учесть, что

^ЭКИ

и предположить, ЧТО ф = 1, то можно получить формулу для определения числа циклов до разрушения термоциклического на­ гружения при наличии средних напряжений:

При т = 0 получаем

L 1 ЗКВ J

Уравнение (IV.51) определяет долговечность материала при эк­ вивалентной температуре Тшв и напряжении сгор.

Экспериментальный и теоретический анализ приведенных дан­ ных [452, 454] показывает, что долговечность материалов при одновременном воздействии механических растягивающих и тем­ пературных напряжений уменьшается и может быть приближенно оценена на основании испытания материалов на ползучесть при эквивалентной температуре и средних напряжениях, растущих с увеличением числа циклов теплового нагружения так же, как

ив условиях статического деформирования.

4.Зависимости между напряжениями

идеформациями при знакопеременном температурном нагружении упрочняющегося материала

Практика показывает, что тепловые на­ пряжения в опасных точках тела бывают достаточно велики и в случае многократного нагружения в указанных точках тела или в отдельных его объемах могут вызвать знакопеременную пластич­ ность (знакопеременное течение материала), а при соответствую­ щей продолжительности теплового нагружения (в зависимости от формы температурного цикла) и знакопеременную ползучесть. Такое знакопеременное течение металла в условиях знакоперемен­ ной пластичности и ползучести приводит к накоплению повреж­ дений в металле и в конечном счете — к разрушению.

Для выяснения основных особенностей механической природы процесса деформирования металла в условиях знакопеременной пластичности и ползучести рассмотрим схематическую модель (рис. 87), состоящую из элемента I (образец) с жесткостью Сг и по­ следовательно включенного упругого элемента I I с жесткостью Со, условно характеризующего степень податливости элемента I.