Файл: Похмурский, В. И. Коррозионно-усталостная прочность сталей и методы ее повышения.pdf

ляется эффективным средством повышения стойкости сталей от фретинг-процесса.

Стойкость против повреждаемости при фретинг-коррозии мож­ но повысить так же алитированием. Однако степень в л и я н и я диф­ фузионного насыщения на усталостную и коррозионно-усталост- ную прочность в условиях фретинг-коррозии еще не установлена.

5. Масштабный фактор

Многочисленными работами установлено, что усталост­ ная прочность деталей (образцов), изготовленных из одного и того же материала при соблюдении геометрического подобия, техноло­ гии изготовления, условий эксплуатации и других факторов, оп­ ределяется их размерами. Изменение несущей способности детали

сталей больше, чем из углеродистых. Его проявление тем сильнее,

висит лишь от диаметра образца, а такие параметры, как его длина и конфигурация, существенного влияния на уровень усталости не оказывают, хотя это противоречит энергетической и статисти­ ческой теориям усталостной прочности. Г. В . Карпенко и Р . Г. Погорецкий [77, 138] исследовали масштабный фактор при изменении не только одного параметра — диаметра образца, но и его длины, радиуса галтелей, наличия концентратора напряжений, неподвиж­ ных посадок, воздействия среды и т. н.

больших диаметров наиболее приемлемой является статистическая гипотеза. Согласно этой гипотезе при изгибе или кручении с по­

Ц и к л и ч е с к ая прочность образцов малых диаметров определяется, в основном, градиентом напряжений . Что же касается в л и я н и я абсолютных размеров образцов на их коррозионно-усталостную прочность, то до недавнего времени в этом вопросе не было четкой ясности. В [114 J указывалось, что коррозионно-усталостпая проч­ ность деталей уменьшается с увеличением их абсолютных разме­ ров. Согласно [181, 183 J, среда не оказывает заметного влияния на выносливость образцов различных размеров.

Г. В. Карпенко и А. В. Карлашов [73] установили, что увели­ чение диаметра образцов из нормализованной стали 20Х с 16 до 32 и 40 мм в воздухе уменьшает предел выносливости с 27 до

розионной среде была установлена инверсия масштабного фактора, т. е. изменение диаметра образца на усталостную прочность в кор­ розионной среде влияет противоположно тому, как это имеет место

ввоздухе.

Г.В. Карпенко [67, 68] сделал вывод, что любая причина, уве­ личивающая прочность приповерхностных слоев металла, должна усиливать проявление масштабного эффекта и образцы малого

слоев металла, уменьшает проявление масштабного фактора. В не­ которых случаях возможно увеличение прочности больших дета­ лей по сравнению с малыми. Влияние коррозионной среды — при­

розионной среде (3%-ный раствор NaCl) наблюдается при сравни­ тельно большой базе испытаний, т. е. когда разрушение контро­ лируется электрохимическим фактором. При высоких уровнях

При испытании образцов диаметром 5; 20 и 40 мм из отожжен­ ной стали 40Х [1451 была подтверждена инверсия масштабного фактора в 3%-ном растворе NaCl и показано, что при цикличес­ ком деформировании в коррозионной среде количество корро­ зионных трещин на единицу длины образца диаметром рабочей части 5 мм и их глубина примерно в 1,5—2 раза больше, чем у об­ разцов с диаметром рабочей части 20 мм. На основании этого сде­ лан вывод об увеличении интенсивности разупрочнения образцов малого диаметра по сравнению с образцами диаметром рабочей части 40 мм. Полученные результаты подтверждают, что при оди­ наковых условиях эксперимента подобие коррозионных процес­ сов на образцах разных диаметров не соблюдалось.

82

Д л я стали 1Х18Н9Т увеличение диаметра образца с 10 до 60 мм привело к снижению усталостной прочности как в воздухе, так и в коррозионной среде, т. е. инверсия масштабного фактора, которая имеет место при испытании углеродистых и многих леги­ рованных сталей, не обнаружена [27]. Отсутствие инверсии мас­ штабного фактора объясняется склонностью стали 1 Х 1 8 Н 9 Т к ще­ левой коррозии, которая протекает более интенсивно у образцов большого диаметра. Принимается, что щелевой эффект может воз­

стали 40Х различного диаметра и длины установлено. снижение предела выносливости при изгибе геометрически подобных образ­ цов диаметром свыше 5 мм с увеличением их длины. Так , дл я об­ разцов диаметром 20 мм увеличение отношения длины рабочей части к ее диаметру с 1 до 15 приводит к снижению предела вы­

нако наблюдается инверсия масштабного фактора с изменением диаметра образца (рис. 41). Влияние коррозионной среды на мас­ штабный эффект определяется временем ее действия. При ограни­ ченном времени действия среды, когда коррозионные процессы не успевают проявиться, масштабный эффект может быть прибли­ зительно таким же , как при испытании в воздухе.

Высказанная Г. В . Карпенко [73] гипотеза, что всякая причи­ на, увеличивающая прочность поверхностных слоев, должна уве­ личивать выносливость малых образцов по сравнению с большими и наоборот, хорошо объясняет повышение коррозионно-усталост­ ной прочности с увеличением диаметра образца и уменьшением

его длины. Чем больше диаметр образца, тем меньше он разупрочняется коррозионной средой. Имеются у к а з а н и я [27], что д л я аустенитных сталей, склонных к коррозионному растрескиванию

сувеличением диаметра образца в коррозионной среде (3%- ный раствор NaCl), коррозионная усталость снижается. Чем длиннее образец, тем больнш вероятность зарождения коррозионных пора­ жений на его поверхности; поэтому он менее прочный по сравнению

сболее коротким образцом.

Проявление масштабного фактора в зависимости от длины об­ разца обнаружено [78] т а к ж е при испытании образцов диаметром 4 мм из отожженной стали 40Х при пульсирующем осевом растя­ жении и воздействии коррозионной среды. Т а к , с увеличением

снижение долговечности становится более заметным. Таким обра­ зом, статистический фактор проявляется в случае равномерного распределения напряжений по сечению образца, т. е. в случае

выносливость этой же стали в аналогичных условиях. Авторы ра­ боты [78] заключают, что д л я образцов диаметром 10 мм из стали 40Х статистический фактор не оказывает заметного влияния на сопротивление усталости и коррозионной усталости при пере­ менном растяжении. Это обстоятельство не противоречит стати­ стической теории, а только подтверждает ее вывод о затухающем влиянии фактора неоднородности металла.

Авторы работы [17] при изучении влияния длины образца на циклическую прочность нестабильных аустенитных и аустенитомартенситной сталей (30Х10ГТО; 44Х10Г7; 70Х7Н7) указывают, что статистическая теория прочности [10], хотя и удовлетвори­ тельно объясняет экспериментальные данные по масштабному фак­ тору, не учитывает всех условий (структурных изменений, нагрева образца в процессе циклического нагружения, теплоотвода и т. д.), при которых происходит пластическая деформация. Ими показа­ но, что на циклическую прочность сталей при знакопеременном изгибе с вращением, помимо статистического фактора, существен­ ное влияние оказывает кинетический фактор, а также соотношение и интенсивность процессов упрочнения и разупрочнения при не­ прерывном нагружении различных по величине объемов металла.

Пользуясь анализом размерностей и л-теоремой, авторы работы [196] попытались определить критерии подобия для случая кор­ розионного воздействия внешней рабочей среды на геометри­ чески подобные образцы из одного и того же материала, подверг­ нутые циклической нагрузке . Учитывая, что на процесс корро- зионно-усталостного разрушения влияют такие величины, как потеря веса при коррозии Ки» длина образца /, диаметр образца d, поверхностная концентрация электролита / ( , время испытания t,

84