книги / Циклическая прочность и ползучесть металлов при малоцикловом нагружении в условиях низких и высоких температур

переходники 16 жестко прикреплены стрелочные индикаторы /7, щуп которых контактирует с нижним прижимом. Тензодатчики оми­ ческого сопротивления клеили на вынесенные из зоны низких тем­ ператур упругие элементы 18 двухсекционных скоб. Усилие измеря­ ли с помощью тензодатчиков, размещенных вне камеры на верхнем захвате 6 образца, который использовали в качестве динамометра.

При нагружении сигнал тензодатчиков, наклеенных на динамо­ метре и скобах, подается на двухкоординатный самописец ПДС-021

деформирования аналогична схеме, описанной в § 2 данной главы для случая знакопеременного нагружения. Сигнал от тензодатчиков усиливается тензостанцией типа 8АНЧ-7М и далее, пройдя через фильтры с рабочим частотным интервалом до 35 гц, поступает на низкочастотный электроннолучевой осциллограф С1-4. На верти­ кальный канал осциллографа подается сигнал усилия, на горизон­ тальный — сигнал деформации, и на экране с послесвечением вос­ производится диаграмма циклического деформирования образца. С использованием такой схемы можно записывать диаграммы де­ формирования при частотах от 0 до 35 гц, так как эта схема практи­ чески безынерционна. Однако при частотах ниже 10 цикл/мин, когда больше проявляется циклическая ползучесть и больше уро­ вень накопленных пластических деформаций, целесообразно исполь­ зовать электронно-механические самописцы, порог применимости которых по частоте ограничен инерционностью механических уст­ ройств. С этой целью для таких частот использовался двухкоорди­ натный самописец ПДС-021.

Для записи кривых циклической ползучести использовалась по­ тенциометрическая схема (рис. 7) [186]. Деформация записывается самопишущим потенциометром 1 (КСП-4), питание измерительной схемы осуществляется от аккумулятора 3 (10ЖН), магазин сопро­ тивлений 2 (МСР-60М) служит для выбора начала координат на диа­ грамме самопишущего прибора. Величина сопротивлений R1 и R2 подбиралась равной величине сопротивлений тензодатчиков 4 и 5, которые наклеиваются на упругие скобы таким образом, чтобы вос­ принимать деформацию противоположного знака. Подобное разме-

лов для рассматриваемой диаграммы) происходит резкое уменьшение накап­ ливаемой за цикл деформации, и петли пластического гистерезиса (АВСЕА— петля для первого цикла) переходят

шв петли неупругого гистерезиса, ко­ торые характеризуются весьма малой величиной неупругой деформации за цикл. Перед квазистатическим разру­ шением величина пластической дефор­ мации за цикл снова увеличивается. При усталостном разрушении перед доломом образца с трещиной этого не наблюдается.

Таким образом, на разных стадиях деформирования сплава Д20-1 величи­ на петель пластического гистерезиса изменяется в достаточно широких пре­ делах. Петли неупругого гистерезиса при условии сохранения постоянства амплитуды пульсирующих цикличе­ ских нагрузок в процессе испытаний изменяются менее существенно.

Кривая циклической ползучести, которая записывается одновременно с диаграммой деформирования в коорди­ натах деформация — число циклов на­ гружения, отражает зависимость меж­ ду величиной односторонне накапли­ ваемой при пульсирующем растяжении образца деформации и числом цик­ лов, т. е. она иллюстрирует кинетику направленного деформирования мате­ риала при малоцикловом нагружении (см. рис. 8, б).

ствует.

Нижняя огибающая кривой циклической ползучести (показана на рис. 8, б штриховой линией) характеризует зависимость пласти­ ческой, а верхняя — полной деформации от числа циклов. Тангенс угла наклона огибающих на II участке определяет величину

скорости установившейся циклической ползучести; упругая дефор­ мация при этом соответствует расстоянию между огибающими для двух следующих один за другим циклов.

На I и III участках кривой ползучести накопление пластической деформации достаточно интенсивное, II участок характеризуется незначительным темпом ее накопления.

Между диаграммами циклического деформирования и кривыми циклической ползучести, с одной стороны, существует определен­ ное соответствие, а с другой стороны, они, дополняя друг друга, дают достаточно полную информацию о кинетике деформирования и

ная камера (рис. 9), имеющая некоторые специфические отличия от камеры, приведенной на рис. 5, которые в основном вызваны осо­ бенностями конструкции машины и различиями в порядке опера­ ций при установке образца в захваты. Корпус 1 камеры состоит из двух симметричных половинок, имеющих разъем в вертикальной плоскости и соединенных между собой упругими зажимами; при этом одна половинка корпуса камеры жестко закреплена на станине машины, а вторая фиксируется только после установки в рабочем положении образца 4. Образец жестко закрепляется в подвижной 2 и неподвижной 6 тягах захватов. Пары азота подаются в камеру че­ рез распылитель-мешалку 5 от систем охлаждения 7 и регулирова­ ния температуры 9. Обратная связь в системе захолаживания образ­ ца осуществляется с помощью медь-константановой термопары 8. Для уменьшения расхода хладоагента при испытаниях в нижней части камеры предусмотрен накопитель 3.

Отметим, что в процессе деформирования металла в упруго­ пластической области с частотой 900 цикл/мин может происходить нагрев образца в результате гистерезисных потерь, поэтому при та­ кой частоте для поддержания заданной температуры требовался

больший расход азота, чем при более низких частотах, реализуемых на машине УММ-10.

При испытаниях на машине ЦДМПу-10 деформации и усилия измерялись и записывались в соответствии с описанной выше ме­ тодикой, только в качестве регистрирующих приборов использова­ лись шлейфный осциллограф Н-700 и электроннолучевой осцилло­ граф С1-4, а оперативный контроль величины накопленной дефор­ мации периодически осуществлялся с помощью оптического микро­ скопа по размыву метки на подвижной траверсе.

Для исследования малоцикловой усталости конструкционных сплавов при криогенных температурах разработана установка (рис. 10), которая позволяет проводить испытания в среде жидких хладоагентов (азоте и гелии) при повторно-переменном нагруже­ нии образцов [50, 1741. В таких условиях, например, работают различные емкости для хранения и транспортировки жидких хла­ доагентов и т. п. При испытаниях на установке реализуется цикл пульсирующего растяжения с выдержками при максимальной нагрузке (см. рис. 1, б).

Установка состоит из маши­ ны УМЭ-10Т 7, серийно выпус­ каемой Армавирским заводом испытательных машин, на кото­

рой смонтирована низкотемпе­ Рис. 10. Блок-схема установки для

исследования малоцикловой усталости

ратурная приставка, включаю­ при криогенных температурах. щая систему крепления образца

и его силонагружения 3, систему измерения и записи деформаций и усилий 2, а также систему охлаждения 4. Управление работой ма­ шины УМЭ-10Т по заданной программе нагружения осущест­ вляется от пульта управления 5.

Машина позволяет производить знакопеременное и знакопостоян­ ное осевое нагружение образца только по треугольному циклу с раз­ личными скоростями перемещения активного захвата, изменяющими­ ся от 0,005 до 100 мм/мин. В реальных условиях элементы конструк­ ций преимущественно подвергаются воздействию таких нагрузок, цикл изменения которых предполагает выдержку в течение опреде­ ленного времени при их экстремальных значениях. Поэтому для реализации машиной трапецоидального цикла нагрузки в ее элек­ трическую схему управления было введено реле времени типа Е-52, позволяющее варьировать время выдержки на экстремальных уров­ нях нагрузки от 1 до 60 сек. Напряжения в образце изменяются от ну­ ля до максимума, затем следует выдержка при максимальной рас­ тягивающей нагрузке, продолжительность которой задает реле време­ ни, после чего по команде реле начинается разгрузка образца до нуля.

при—196° С — 0,1 л/ч. На первую заливку криостата до рабоче­ го уровня требуется 2 л жидкого гелия, а на дозаливки в процессе длительных испытаний 1,5 л. Следовательно, один стандартный дьюар жидкого гелия емкостью 10 л обеспечивает проведение испы­ таний в течение 6—7 ч. Температура образца при дозаливках не из­ меняется. Для уменьшения теплопритока к образцу применялся криостат максимально возможной для данной испытательной ма-

шины длины. Свободное пространство силовой рамы, состоящей из нижней траверсы 1> верхней траверсы 4 и колонн 2 и 7, полностью использовано для размещения охлаждающего устройства 5 и крио­ стата 6 (см. рис. 13, а). Это достигается тем, что каждая из колонн выполнена из двух частей, соединенных между собой крепежным узлом 3, обеспечивающим жесткую связь обеих частей колонн в процессе испытаний и шарнирную — в процессе смены образца. Благодаря этому силовой стакан 10 и тяга неподвижного захвата 5, между которыми закреплен образец 9, имеют большую длину, что позволяет увеличить зону охлаждения и свести к минимуму гра­ диент температуры по длине охлаждаемой зоны. Конструктивно крепежный узел, соединяющий жестко две части колонны 1 и 5, выполнен в виде штифтового соединения с накидной гайкой 3 и двумя сухариками 4 (см. рис. 13, б). При смене образца накидная

гайка раскручивается и верхняя часть 5 колонны вместё с охлаж­ дающим устройством и криостатом поворачивается на требуемый угол относительно нижней неподвижной части 1 в шарнирном сое­ динении 2. Конструкция криостата и схема охлаждения образца

жидким гелием разработаны также с учетом обеспечения минималь­ ных тепловых потерь при испытаниях (см. рис. 14). Рабочая полость 3 криостата 5 в соответствии с общепринятыми нормами изолирова­ на от окружающей среды двумя вакуумными рубашками 18 и 19

иодним азотным экраном 20. Для уменьшения теплопритока в крио­ стат через силовой стакан 7 предназначен азотный бачок 8, распо­ ложенный внутри охлаждающего устройства 9. Этой же цели слу­ жит теплоизоляционная набивка 16, экранирующая азотный бачок

икриостат от внешней среды.

Герметичность рабочей камеры криостата достигается благодаря использованию фторопластовых прокладок в фланцевых соедине­ ниях. Кроме того, между тягой 6 и траверсой 14 установлен сильфон 12, обеспечивающий герметичность криостата при нагружении об­ разца 2. Необходимо подчеркнуть, что от подготовки криостата к испытаниям и от способа заливки гелия во многом зависит возмож­ ность получения его жидкой варны в криостате, так как сама про­ цедура подготовки криостата и заливки гелия требует обязательно-

Рис. 15. Распределительный клапан системы охлаждения до температуры жидко­ го гелия.

го соблюдения очередности определенных этапов в работе как при первой, так и при последующих заливках. Поэтому рассмотрим бо­ лее подробно принцип работы системы захолаживания образца и порядок подготовки ее к работе.

Перед заливкой гелия в криостате создается разрежение с по­ мощью форвакуумного насоса ВН-2МГ, который обеспечивает глу­ бину вакуума порядка 1 10~2 — 5 • 10-3 мм рт. ст. После удале­ ния воздуха из криостата в его рабочий объем начинает подаваться газообразный гелий из дьюара 22 через съемную переливалку 23, резиновые уплотнения 15, 24, распределительный гелиевый клапан 25 и рабочую переливалку 17. После охлаждения находящихся в криостате образца и деталей парами гелия давление в дьюаре повы­ шается с помощью резиновой камеры 28, и в криостат начинает по­ даваться жидкий гелий. Отработанные пары гелия при первой за­ ливке удаляются из криостата в газгольдер 27 через патрубок 10, вентиль 11 и гелиевую магистраль 13, проходя по кольцевому за­ зору между стаканом 7 и тягой 6 и охлаждая эти детали, которые являются главными тепловыми мостами криостата.

При повторных заливках гелия для уменьшения его расхода производится предварительное охлаждение трубопроводов, по ко­ торым гелий подается из дьюара к криостат. Для этого предназна­