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

ставлениям. В коррозионной среде выносливость при цикличе­

основную нагрузку при циклическом изгибе. При циклическом же

ние на амплитуду циклической деформации больше, чем в воздухе. Коррозионно-усталостные трещины при среднем растягивающем напряжении развиваются более интенсивно, чем при симметрич­

25

нагрева образцов при разных частотах нагружения они охлажда ­ лись струей воздуха.

Г. В. Карпенко [67], рассматривая влияние частоты с пози­ ций скорости периодической деформации при усталости, указывает на то, что увеличение частоты деформации усиливает упрочнение металла и снижает возможность его отдыха из-за малого времени цикла. Кроме того, увеличение частоты нагружения может при­ вести к повышению температуры детали, ускоряющей процесс отдыха. При малых базах испытания (меньше 106 циклов) с уве­ личением частоты нагружения выносливость сталей в воздухе уменьшается.

Снижение частоты циклического консольного изгиба образцов из осевой стали с 24 до 1,1 гц привело к небольшому уменьшению их долговечности и предела выносливости (с 25 до 23,5 кГ/мм") 1213].

Исследуя влияние частоты нагружения на изменение выносли­ вости нормализованной среднеуглеродистой стали в зависимости от температуры, Г. В. Карпенко, Е. И. Николин [129] установили, что в интервале температур 20—250° С изменение частоты нагру­ жения в пределах 25—160 гц не оказывает заметного в л и я н и я на характеристики выносливости как гладких образцов, так и об­ разцов с концентраторами напряжений . При повышении темпе­

сложно и объясняется, в основном, скоростным эффектом [67], влиянием частоты на суммарную деформацию и адиабатным эф­ фектом. Первый эффект проявляется в значительной степени при низких частотах и несуществен в случае высоких; второй и тре­

26

Влияние частоты приложения циклических нагрузок на вы­ носливость сталей в коррозионных средах проявляется значитель­ но больше, чем в воздухе.

В работах [26, 67, 219, 220, 253 и др ] было показано, что кор­ розионная выносливость сталей (в циклах) повышается с увеличе­ нием частоты нагружения . Так, при испытании низколегирован­ ных сталей в пресной воде с частотой 1450 и 5 цикл/мин разруше ­ ние наступает соответственно за 106 и 10s циклов.

Г. В. Карпенко [67] изучал коррозионцо-усталостную проч­ ность нормализованной стали 20Х при частоте циклического из­ гиба вращающихся образцов, равной 2,3 и 10 тысяч цикл/мин, и базе 2 X 106 циклов. Им установлено, что интенсивность корро- зионно-усталостного процесса увеличивается с увеличением ча­ стоты приложения нагрузки . Было высказано предположение, что для деталей, нагружаемых в коррозионной среде с различной ча­ стотой при весьма большом сроке их службы, можно ожидать меньшей прочности при высоких частотах.

Согласно [217], характер влияния частоты нагружения на кор­ розионную усталость зависит от того, в каких единицах измеря­ ется долговечность. Если измерение проводится во времени, то высокая частота может больше снижать несущую способность вследствие большего проявления механического фактора. В слу­ ч а е , если выносливость измерять в циклах, несущая способность увеличивается с повышением частоты.

указывают на повышение электрохимической неоднородности и более интенсивную коррозию металла с повышением частоты при­ ложения к нему нагрузки . Причем разность в величине электрод­ ных потенциалов, обусловленная различием частот, уменьшается с уменьшением уровня прикладываемых напряжений . Эти же ав­

деляется, в основном, двумя противоположно действующими фак­ торами: при снижении частоты нагружения время воздействия среды на циклически деформируемый металл увеличивается, а ин­

низкой, что обусловлено большей продолжительностью воздей­ ствия среды [197]. Уменьшение частоты нагружения сопровождает­ ся повышением выносливости образцов с концентраторами напря ­ жения в воздухе и значительным снижением в воде [67].

27

В л и я н ие частоты при коррозионной усталости стали 45 в за­ висимости от структурного состояния (отжиг и закалка с низким отпуском) исследовано Е. С. Николиным и Г. В. Карпенко 1129]. Испытания проводились на образцах диаметром 7,52 мм при чис­ том изгибе с вращением. Было установлено (рис. 14), что в коор­

ОI

области высоких амплитуд напряжений . Условный предел

закаленных образцов эта закономерность проявляется более четко (рис. 15). Из приведенных данных следует, что повышение интен­ сивности коррозионно-усталостного процесса при увеличении ча­ стоты деформации можно объяснить усилением активации метал­ ла, т. е. чем выше частота, тем сильнее влияние среды.

Н . Л . Позен [ 148 ] , исследуя усталостную прочность при растя­

28

трансформаторного масла (применявшегося для охлаждения об­ разца) водой. На основании исследования коррозионных пораже ­ ний, а также электрического напряжения, возникающего вокруг нагруженного в воде ультразвуком образца, автор приходит к вы­ воду, что возникающие электрические заряды, проходя через воду, вызывают ее разложение на водород и кислород, что, в свою очередь, способствует коррозионной усталости и возможно д а ж е паводороживанию.

В работе [117] сделана попытка установить взаимосвязь между влиянием активности коррозионной среды, в частности давления

3. Малоцикловая усталость

Малоцикловая усталость — процесс разрушения ме­ таллов при циклическом деформировании их в упруго-пластиче­ ской области с малой частотой (до нескольких десятков циклов в минуту). Обычно количество циклов до разрушения при малоцик­ ловой усталости не превышает 105 .

За последние годы интерес к такому виду разрушения значи­ тельно возрос в связи с необходимостью максимального облегче­ ния веса конструкции и аппаратов ограниченного срока эксплуа­ тации, что неизбежно связано с повышением рабочих напряжений, часто превышающих предел упругости металла. Малоцикловая усталость изучена значительно меньше, чем обычная (высокоча­ стотная) усталость, особенно в случае одновременного воздействия механических напряжений и рабочих сред. Этому вопросу по­ священы работы Г. В. Карпенко, А. Б . Куслицкого, В. И. Ткачева

идр. [106, 190—192].

Г.В. Карпенко и др. [71] исследовали влияние различных ти­ пов неметаллических включений (пластичных силикатов, глино­ зема, кремнезема и нитридов титана) на малоцикловую усталость

ниями и выявлены специальные стали с преимущественным пре­ обладанием одного из указанных типов неметаллических включе­ ний при практически постоянном химическом составе основного металла. Испытания проводились на образцах толщиной 2,5 мм при циклическом упруго-пластическом деформировании их в воз­

29