Файл: Быков В.А. Пластичность, прочность и разрушение металлических судостроительных материалов.pdf

при напряжении, равном 1,2о_г. Рис. 118, в относится к образцам из сплава титана: циклический пробег — при напряжении кручения, равном 1,4т.! (кривые 1) и 1,2г_г (кривые 2). Как видно из рис. 118, а — в, изменения предельных напряжений протекали по-разному

в зависимости от относительного числа циклических пробегов при пере­ менных напряжениях выше предела выносливости.

для различных материалов, причем предел пропорциональности из­ менялся заметнее предела текучести.

Изменение относительного модуля сдвига G = _„пов— в зависи-

жений изгиба или кручения, составляющих от 1,05 до 1,2 предела выносливости. С возрастанием числа циклов модуль сдвига сни­ жался, примерно асимптотически приближаясь к 0,98—0,92 перво­ начального значения, что свидетельствовало о некотором ослабле­ нии связей атомно-кристаллической решетки материалов в процессе

171

циклического деформирования. Наиболее заметно модуль сдвига изменялся при циклических пробегах п < 0,4N.

Под влиянием повторно-переменного деформирования проис­ ходило непрерывное изменение способности материалов деформиро­ ваться пластически перед разрушением. Об этом свидетельствует

у неповрежденного. Заштрихованная площадь представляет собой потерю способности поврежденного материала к энергопоглощению.

При переменных напряжениях, составляющих 0,95 предела вы­ носливости (рис. 120), возрастание циклических пробегов до 4-10® отрицательно влияло на значения исследуемых механических харак­

172

пряжении кручения. Пробеги выше 4• 106 циклов не вызывали даль­ нейшего изменения механических характеристик.

Об отрицательном влиянии циклического перенапряжения на способность материалов деформироваться пластически свидетель­ ствовали некоторые данные инженерной практики. Такое проявление накопленного усталостного повреждения вызывало беспокойство тех­ нических кругов и побудило специалистов развернуть соответствую­ щие исследования, которые были выполнены преимущественно на

вреждения также свидетельствовало повышение критической темпе­ ратуры при ударном изломе образцов на 10—20° С.

Накопление усталостного повреждения рельсовой стали изуча­ лось И. А. Одингом и Т. С. Марьяновской [53]. На круглых надрезан­ ных образцах, предварительно подвергнутых упругому изгибу и вра­ щению, а затем испытанных на ударный излом, получены следующие результаты. Образцы из стали, взятой непосредственно после про­ ката, имели существенное повышение критической температуры хруп­ кости при изломе с возрастанием числа циклов. Образцы из терми­ чески обработанной стали не повреждались от циклического пробега. В этом же исследовании установлена возможность «залечивания» усталостного повреждения промежуточным отпуском при темпера­ туре 600—650° С.

Наблюдения за эксплуатацией судокорпусных конструкций по­ казали, что число повреждений в течение третьего и четвертого года эксплуатации возрастает. По некоторым соображениям, эти повре­ ждения являлись результатом накопления малоциклового поврежде­ ния от перегрузок в начальный период эксплуатации, а также

173

174

М. Л, Никишиной [10], материалом служили прокатные листовые судокорпусные стали. Марки сталей, толщина листов, состояние поставки, их химический состав и механические свойства представ­ лены в табл. 11. Из листов, с сохранением их толщины, изготовля­ лись плоские образцы размером 120 X 150 мм с односторонним надре­ зом для испытаний на внецентренное растяжение (см. рис. 80).

Образцы испытывались серийно, при комнатной температуре, малоцикловым нагружением, при номинальных напряжениях выше

больше, чем в случае однократного нагружения до разрушения. При числе циклов от 10 до 900 наблюдался переходный вид разрушения, а при числе циклов более 900 наступало характерное усталостное разрушение. По данным серийных испытаний образцов строились кривые малоцикловой усталости (5 <3 N <<7000 циклов).

По кривым усталости взяты повреждающие нагрузки Рп, соот­ ветствующие им предельные долговечности N, а затем произвольно назначены повреждающие пробеги пх <^п%<^ . . . •< N в циклах, и все это сведено в табл. 12.

При пробеге около 400 циклов появлялась первичная трещина усталости, а с возрастанием пробега до 600 циклов трещина иногда углублялась на 2 мм. Кроме того, серии образцов из сталей 09Г2С и 10ХСНД повреждались однократным внецентренным сжатием под нагрузкой, составлявшей 0,9 наибольшей нагрузки однократного внецентренного растяжения. Под действием сжатия противополож­ ные стороны надреза сближались вследствие пластической дефор­ мации, а радиус скругления несколько уменьшался. При этом, из-за неравномерности пластической деформации, вблизи надреза возбу­ ждались объемные растягивающие напряжения. При последующем растяжении образца указанные остаточные напряжения должны

175

ниженной температуре. Для каждого образца определялась наи­

тания, согласно признакам, рассмотренным в § 28 (см. табл. 6), установлены три реологических состояния стали: 1) высокой пластич­ ности, 2) ограниченной пластичности, 3) хрупкое. Эти три состояния разделялись двумя критическими температурами [10]. Повышение критических температур в связи с возрастанием повреждающего циклического пробега было заметнее на стали Ст. 3 и составляло от 40 до 50°. Низколегированные стали оказались менее чувствитель­ ными к накоплению усталостного повреждения, и для образцов из сталей 09Г2С и 10ХСНД критические температуры повысились после циклических пробегов при внецентренном растяжении на 20°, а после однократного сжатия — на 30°.

В табл. 13 представлены нагрузки при внецентренном растяжении до разрушения поврежденных образцов в процентах от нагрузок для образцов без повреждения при трех состояниях сталей Ст. 3, 09Г2С, 10ХСНД. Согласно экспериментальным данным, накопление повре­ ждения даже при образовании трещин малоцикловой усталости не­ значительно влияет на прочность, если разрушению предшествует пластическая деформация (состояние 1). Снижение сопротивления хрупкому разрушению (состояние 3) при повреждении оказалось более заметным, причем для углеродистой стали Ст. 3 это сопротивле­ ние снизилось в неблагоприятном случае почти в 6 раз. Низколегиро­ ванные стали оказались менее чувствительными к малоцикловому повреждению и имели снижение сопротивления хрупкому разруше­ нию иногда на 18% после отнулевого растяжения образцов и на 36%— после однократного сжатия. Значительное отрицательное влияние предварительного однократного сжатия наблюдалось только в случае хрупкого состояния сталей и оказалось пренебрежимо малым при состоянии высокой' пластичности.

Поясним графически (см. рис. 122) влияние малоциклового повреж­ дения на сопротивление стали разрушению. Сопротивление пластиче-

176

Таблица 13

Нагрузки статического внецентренного растяжения поврежденных образцов (Рп>о), отнесенные к нагрузкам

неповрежденных образцов (Р 0) ПРИ тРех состояниях стали, %

скому деформированию представлено кривой 1, сопротивление хруп­ кому разрушению—линиями 2 и 3. Если первое сопротивление почти одинаково для материала неповрежденного и поврежденного, то сопротивление хрупкому разрушению поврежденного материала (линия 3) значительно ниже, чем неповрежденного (линия 2). Осо­ бенно резкое снижение хрупкой прочности в связи с малоцикловыми повреждениями, появившееся у стали Ст. 3, объясняется ее менее совершенной технологической подготовкой в исследованном случае, чем низколегированных сталей.

Таким образом, наличие трещин незначительно влияет на сопро­ тивление разрушению при состоянии высокой пластичности, но мо­ жет оказаться причиной резкого снижения сопротивления разруше­ нию в условиях, способствующих появлению хрупкости. В йоследнем случае возникает вопрос об отрицательном влиянии углубления трещин на сопротивление хрупкому разрушению. В связи с этим исследовалось сопротивление хрупкому разрушению образцов с пред­ варительно накопленным неразрушающим усталостным поврежде­ нием и с выращенными трещинами усталости различной длины. Одна серия плоских образцов изготовлялась из листа углеродистой стали толщиной 8 мм, шириной 20 мм. На одном боку образцов имелся угло­ вой надрез глубиной 3 мм с раскрытием 60°, скругленный радиусом 0,25 мм. Эти образцы для накопления неразрушающего повреждения и выращивания трещин глубиной до 10 мм предварительно повторно­ переменно изгибались в плоскости наибольшей жесткости. Напря­ жение образцов изменялось по симметричному циклу. Амплитуда номинального напряжения составляла 25 кгс/мм2 и была близкой