Файл: Школьник, Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 117
Скачиваний: 0
важно, произойдут ли при этом структурные и фазовые превращения или нет.
4. На величине характеристик механических свойств,
как правило, не отражается |
о с т а т о ч н о е |
н а п р я |
ж е н и о е с о с то я и и е детали |
или образца, |
которое |
оказывает значительное влияние на скорость роста тре щин и может перекрыть влияние механических свойств.
5. Не учитывается |
различное |
влияние, которое мо |
|
жет оказывать |
уровень |
средних, |
т.е. с т а т и ч е с к и х |
н а п р я ж е н и й |
цикла. |
|
|
6. В л и я н и е с п о с о б а в ы п л а в к и, р а с к и с л е - и и я, в а к у у м и р о в а н и я э л е к т р о ш л а к о в о г о п е р е п л а в а стали, отражающееся на dl/dN и К[С в большей степени, чем на других механических свойствах.
1.ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА
ИМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Для анализа скорости роста трещин в сталях, нике ле, монельметалле, бронзе, меди и некоторых других материалах с различными модулями упругости (табл. 12)
использован критерий А = а31 |
(см. стр. 98). |
Критическое |
|
значение константы А = а~\1Р, |
при котором |
трещина не |
|
растет, устанавливали |
по диаграммам аз/—N таким же |
||
образом; как и предел |
выносливости. |
|
|
Исследование [54] выполнено на плоских образцах |
|||
толщиной 5—7 мм с острыми |
боковыми надрезами при |
||
частоте 5000 и 9000 мин.-1. Предварительно |
выращивали |
||
усталостные трещины, после чего образцы прострагивали на глубину надрезов. Для релаксации остаточных нап ряжений производили отпуск образцов в вакууме.
Между критерием А и механическими свойствами материала внутри каждой исследованной группы тесной связи нет. Например, для четырех исследованных сталей значения А различаются мало, тогда как величины о-і различаются более чем в два раза.
Следует отметить, что для материалов с более высо ким модулем упругости Е характерны повышенные зна
чения А . Так, сплавы железа и никеля, обладающие на
ибольшим среди |
исследованных |
материалов значением |
||
Е, имеют |
самое |
высокое |
значение А . Убывание Е при |
|
переходе |
к сплавам на |
основе |
меди и алюминия, со- |
|
9* |
131 |
Т А Б Л И Ц А 12. ХИМИЧЕСКИ Й СОСТАВ, МЕХАНИЧЕСКИ Е СВОЙСТВА |в Л1н',иг (кГ/мм*)] И Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И РОСТА Т Р Е Щ И Н Р А З Л И Ч Н Ы Х МАТЕРИАЛО В ( „ _ ] Н А БАЗЕ 50 М Л Н . Ц И К Л О В )
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
А |
|
|
|
Материал |
|
|
|
|
6. % |
а 0 . І |
0 - 1 |
|
А |
|
F — |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 — 1 |
|
Мягкая |
|
углеродистая |
378 |
(37,8) |
— |
— |
175,0 |
(17,5) |
77,5 (7,75) |
342 000 |
0,0636 |
1950 |
||||||
Низколегированная сталь |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
(0,13% |
|
С; |
|
0,84% |
Cr; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,043% |
|
V; |
|
1,0% |
Мп; |
730 |
(73,0) |
15 |
690 |
(69,0) |
405,0 (40,5) |
77,5 (7,75) |
342 000 |
0,0051 |
844 |
|||
1,19% |
Ni; |
0,48% |
Mo) . |
|||||||||||||||
Аустенитная |
сталь |
18-8 |
600 |
(60,0) |
46 |
244 |
(24,4) |
310,0 |
(31,0) |
54,0 (5.4) |
370 000 |
0,0124 |
1190 |
|||||
(0,13% |
|
С; |
|
8,55% |
Ni; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,42% |
Si; |
|
18,78% |
Cr) |
810 |
(81,0) |
— |
— |
432,0 (43,2) |
50.6 (5,06) |
342 000 |
0,0043 |
790 |
|||||
Cr—Ni |
|
сталь |
|
|
||||||||||||||
Инконель |
|
(76,23% |
Ni; |
580 |
(58,0) |
37 |
222 |
(22,2) |
196,0 |
(19,6) |
87.5 (8,75) |
493 000 |
0,066 |
2510 |
||||
6,3%, Fe; 16,3% Cr) |
. . |
|||||||||||||||||
Никель |
(99,35%) . |
. . |
427 |
(42,7) |
34 |
248 |
(24,8) |
122,0 |
(12,2) |
87.5 (8,75) |
460 000 |
0,254 |
3760 |
|||||
Монель |
|
|
(31,2% |
Си; |
400 |
(40,0) |
41 |
223 |
(22,3) |
213,0 |
(21,3) |
67,5 (6,75) |
245 000 |
0,0254 |
1160 |
|||
66,9% |
Ni) |
|
|
|
|
|||||||||||||
Фосфористая |
|
бронза |
283 |
(28,3) |
66 |
109 |
(10,9) |
114,6 |
(11,46) |
43.6 (4,36) |
106 300 |
0,0706 |
930 |
|||||
(94,05% |
Си; |
4,2% |
Sn) . |
|||||||||||||||
Латунь |
|
|
|
(60,3% |
Си; |
291 |
(29,1) |
57 |
87,6 |
(8,76) |
91,0 |
(9,1) |
44,6 (4,46) |
68 300 |
0,0806 |
750 |
||
39,7% |
Zn) |
|
|
|
|
|||||||||||||
М е д ь |
|
|
|
|
|
|
196 |
(19,6) |
— |
— |
54,0 |
(5,4) |
3,65 (0,36) |
21 200 |
0,250 |
393 |
||
Сплав |
AI—4,5% Си |
. . |
390 |
(39,0) |
— |
— |
122,0 (12,2) |
25,6 (2.56) |
12 700 |
0,007 |
104 |
|||||||
АЛЮМИНИЙ |
(99,7%) |
. . |
68,8 |
(6,88) |
45 |
27,0 |
(2,7) |
23,6 |
(2,36) |
14,8 (1,48) |
2 160 |
0,165 |
80 |
|||||
провождается |
убыванием А. Скорость роста трещин, на |
|||
оборот, возрастает при переходе |
от сплавов |
железа и |
||
никеля к медным и алюминиевым |
сплавам. |
|
||
Связь скорости роста трещин |
с модулем |
упругости |
||
определяется |
тем, что развитие трещины |
зависит от то |
||
го, насколько |
широко она раскрывается |
в течение цик- |
||
/ г J 4 S 6 7 6m/6a
Рис. 62. Изменение критерия Ат — аЧ в зависимости от ° т І а а ' а — алгоминиево-медный сплав; б — бронза и титан; в — медь; г—ни
кель (/) и монель (2); а — с т а л и : 18/8 (/); мягкая углеродистая (2);
низколегированная (3)
ла нагружения. Для трещины определенной длины рас крытие «берегов» будет изменяться обратно величине Е и. потому при данном напряжении у материала с мень
шим Е раскрытие будет |
больше. |
|
|
Скорость роста усталостных |
трещин |
оказывается |
|
приблизительно одинаковой в |
различных |
материалах, |
|
если она выражена не в |
амплитудах напряжений, а в |
||
амплитудах деформаций, так как максимальное раскры тие устья трещины зависит от деформации материала;
Данные, приведенные на рис.62 и на рис.63; переведе-
133
ны в амплитуды |
деформации |
Ат/Е3 |
и |
представлены |
|||||||||
в зависимости |
от от/оа- |
Разброс минимальных |
значений |
||||||||||
значительно |
снизился по сравнению |
с диаграммами |
на |
||||||||||
рис. 62. |
Если |
исключить |
результаты для |
меди, |
низколе |
||||||||
|
|
|
|
|
|
гированной H мартенсит- |
|||||||
|
|
|
|
|
|
но-стареющей стали, то |
|||||||
|
|
|
|
|
|
минимальное |
значение |
А |
|||||
|
|
|
|
|
|
для |
остальных |
10 |
иссле |
||||
|
|
|
|
|
|
дованных |
|
материалов |
|||||
|
|
|
|
|
|
близко |
к 0,2 |
£ 3 / Ю 1 4 . Низ |
|||||
|
|
|
|
|
|
кие |
минимальные |
значе |
|||||
|
|
|
|
|
|
ния |
Ат |
для |
меди |
объяс |
|||
|
|
|
|
|
|
нены |
влиянием |
коррозии, |
|||||
|
|
|
|
|
|
так как наличие влаги в |
|||||||
|
А ѵ Я ^ |
|
|
атмосферном |
воздухе |
в |
|||||||
|
|
|
значительной |
|
степени |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
3 |
|
5 |
|
-1 |
влияет |
па |
скорость |
роста |
||||
|
7 |
9 |
трещин в |
этом |
материа |
||||||||
|
|
бт/ба |
|
aie |
ле. |
|
Низколегированная |
||||||
G3. |
Изменение |
отношения |
и мартенситыо-стареющая |
||||||||||
в |
зависимости |
от |
о „ . / о . |
|
стали |
показали |
более |
||||||
|
|
|
|
|
|
низкие |
значения |
Л „ т і п , |
|||||
чем мягкая сталь, хотя при симметричном цикле вели чина А достаточно близка к полученным для остальных сталей.
Таким образом, в целом можно заключить, что для
разных материалов с одинаковым модулем |
упругости |
значения Л т т і | 1 весьма близки между собой. |
Возмож |
ность развития краевой трещины длиной /, глубина ко торой мала по сравнению с шириной образца, при цик
ле От±Оа(от^оа |
и |
ат-\-оа<іоТ |
зависит, |
как |
показали |
|
испытания образцов |
из 12 материалов, |
от |
величины |
|||
При <7ц/>Л т трещина будет |
расти, при |
а\1<.Ат— |
||||
трещина не растет |
(Л,„ зависит |
от материала |
и аш /о"а). |
|||
Естественно, что существует минимальное значение |
||||||
длины и циклического раскрытия трещины, ниже |
кото |
|||||
рого трещина |
не будет расти. Из уравнения А = а31р |
мож |
||||
но установить длину /р поверхностной трещины, которая
может быть допущена без опасности снизить |
усталост |
ную прочность материала (/р определяется |
при а = |
= 0Г-.). |
|
Кратко рассмотрим характеристику F*=A/e-.{. Де^
184