Файл: Школьник, Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 116

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

таль, сконструированная с учетом

а-і из

материала

с более высоким значением F, будет

более

надежно ра­

ботать при циклических нагрузках, чем деталь из мате­ риала с более низким F. Это следует из того, что в слу­ чае, если трещина возникает при непредвиденных обсто­

ятельствах,

циклические напряжения, необходимые

для

ее роста, будут составлять тем большую долю от

рас­

четных, чем

выше F. Коэффициент F можно рассматри­

вать как характеристику степени устойчивости матери­ ала против усталостного разрушения.

Материалы, содержащиеся, в работе [49], позволяют проанализировать случай снижения прочностных свойств, сопровождающегося как падением, так и повы­ шением характеристик пластичности (рис.64). Химиче­ ский состав сталей приведен в табл.13. Скорость роста трещин устанавливалась при двух уровнях действующих напряжений на образцах 400X100X10 мм с централь­ ным отверстием.

Т А Б Л И Ц А

13. Х И М И Ч Е С К И Й

СОСТАВ СТАЛЕЙ СкбО И N - A - XTRA

(в %)

Сталь

с

Мп

Si

Mo

 

Cr

СкбО

0,57—0,65

0,65

0,25

 

 

 

N-A-XTRA

0,18

0,85

0,75

0,50

1,03

При изменении температуры

отпуска

от

700

до

1300°С прочностные характеристики стали СкбО снизи­ лись, причем это сопровождалось уменьшением пластич­ ности. С повышением температуры отпуска прочностные характеристики стали Af=/1 = XTRA также уменьши­ лись, но это сопровождалось не снижением, а повыше­ нием пластичности.

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что для стали N=A=XTRA характерна тесная положи­ тельная корреляционная связь между скоростью роста трещин и прочностными характеристиками, при отрица­ тельной связи с характеристиками пластичности (табл. 14). Для стали СкбО проявляется тесная отрицательная связь как с прочностными, так и с пластическими хара­ ктеристиками. Отсутствие однозначной зависимости для

135

J

I

I

I _L

Тепператуоа

отпуска. °L

 

Рис. 64. Зависимость характеристик прочности н скорости

роста трещин

в сталях N — A — XTRA (/) и СкбО

(2) от температуры

отпуска

136

обеих марок стали, возможно, объясняется протекани­ ем различных структурных превращений. Во всяком слу­ чае достоверно установлено, что для обеих сталей ско­ рость роста трещин тем ниже, чем выше пластичность.

Т А Б Л И Ц А 1-1. К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т Ы К О Р Р Е Л Я Ц И И , В Ы Р А Ж А Ю Щ И Е

С В Я З Ь

М Е Ж Д У М Е Х А Н И Ч Е С К И М И СВОЙСТВАМИ СТАЛЕЙ СкбО

 

И N - A - XTRA И СКОРОСТЬЮ

РОСТА

Т Р Е Щ И Н

 

Сталь

Действующее

 

 

 

fi

напряжение

 

стт

ц>

 

ЛІн/,«'-'(кГ/лілі-)

 

 

 

 

СкбО •

250(25)

—0,80

—0,98

—0,93

—0,36

N-A-XTRA

250(25)

0,81

0,67

—0,93

—0,73

 

150(15)

0,63

0,55

—0,58

—

Повышение прочности, сопровождающееся

снижени­

ем пластичности, действует отрицательно, вызывая уско­ рение роста трещин.

Следует отметить, что с понижением уровня дейст­ вующих напряжений корреляционная зависимость меж­ ду скоростью роста трещин и механическими свойствами

ослабевает.

Для

стали

N-A-XTRA при снижении

напряжений

с 250 до 150 Мн/м2

(с 25 до 15

кГ/мм2-)

значения коэффициентов корреляции

уменьшились не­

значительно, тогда как для стали

СкбО они снизились до

нуля.

 

 

 

 

 

 

В л и я н и е с т а р е н и я

на скорость

роста

усталост­

ных трещин в различных алюминиевых сплавах

исследо­

вали на плоских

образцах

(240Х25ХЮ мм) при пере­

менном растяжении — сжатии [81]. Образцы были снаб­ жены поперечным односторонним надрезом в виде щели

длиной 11 мм.

Распространение трещины изучали по

электрои иой микрофр актогр а м ме.

Механические

свойства

и характеристики С и а в

уравнении скорости роста

трещин dl/dN='С (АК)п при­

ведены в табл.15

 

 

 

Значения lg С изменялись

от 4,36 до 7,71. Наиболь­

шие значения соответствуют

AI—Si—Mn—Mg-сплаву

в состоянии естественного и искусственного старения по­ сле закалки. Статистическая обработка эксперимен-

137

Т А Б Л И Ц А 15. Т Е Р М И Ч Е С К А Я ОБРАБОТКА . М Е Х А Н И Ч Е С К И Е СВОЙСТВА И ПАРАМЕТРЫ У Р А В Н Е Н И Й СКОРОСТИ РОСТА Т Р Е Щ И Н А Л Ю М И Н И Е В Ы Х С П Л А В О В

Сплав

Al—2,5Mg

Al—4,5Mg

Al—Si—Mn—Mg

To же

»

5A1—Zn—Mg

To же

»

Термическая

 

V

6. %

нѵ

- ige

п

<Ѵс в

обработка

Мн/мг(кГ/мм*)

Мн/м-(кГ/мм')

Нет

133(13,3)

232(23,2)

21

66

5,48

3 , 0 7 ± 0 , 2 5

0,573

»

240(24,0)

350(35,0)

—

101

4,36

2,42x0,25

0,686

530° С/1 ч +

132(13,2)

277(27,7)

24

72

7,71 4 , 3 3 ± 0 , 3 2

0,476

+ 2 0 ° С/144 ч

 

 

 

 

 

 

 

530° С/1 <( +

293(29,3)

342(34,2)

18

112

6,'37

3,47^0,17

0,857

+ 175° С/8 •(

 

 

 

 

 

 

 

530° С/1 <j-f-

209(20,9)

256(25,6)

18

78

5,58

2,95 ± 0 , 3 0

0,818

+220° С/8 н

 

 

 

 

 

 

 

465° С/1 ч +

184(18,4)

352(35,2)

14

58

5,49

3 , 1 2 ± 0 , 2 5

0,524

+ 2 0 ° С/144 ч

 

 

 

 

 

 

 

465° С/1 « +

392(39,2)

444(44,4)

13

134

4,87

2,64x0,28

0,883

+120° С/24 ч

 

 

 

 

 

 

 

465° С/1 ч +

280(28,0)

340(34,0)'

13

115

4,83

2,71+0,15

0,822

+ 175° С/8 -(

 

 

 

 

 

 

 

тальных данных,'приведенных в работе [81], показала, что связь между характеристиками механических свойств и показателем степени п в уравнении роста ха­ рактеризуется следующими коэффициентами корреля­ ции:

Р К

») =-- - 0,52; р (стп, п) =

— 0,40; р (ат ап , п) = — 0,44.

С

увеличением а т и ап

скорость

роста усталостных

трещин

в исследованных

сплавах

снижалась (рис.

65,а).

Наиболее тесная статистическая связь обнаруже-

•dl/dN'C(ùK)''

HS) (го) (?5)

(J0) ш со)

 

Рис. 65. Влияние 0"т

н _ 0" в на показатель п в уравнении роста усталостных тре­

щин в алюминиевых

сплавах

(а) и на твердости НѴ в бронзе (б):

/ — ff m =3 2 Мн/м2

(3,2

кГ/мм2);

2 — 47,5 (4,75); 3 — 64,0 (6,4); 4 — 80(8)

на между скоростью роста трещин и пределом текучес­

ти материала.

 

 

 

Отсутствие связи

между

скоростью

роста трещин

и твердостью, вытекающее из результатов

данного ис­

следования, нельзя

считать

общей закономерностью.

Например, на образцах бериллиевой бронзы была выяв­ лена Четкая зависимость между указанными характерис­ тиками.

Связь

между

с к о р о с т ь ю

р о с т а

т р е щ и н .

и т в е р д о с т ь ю бериллиевой

бронзы (1,7—1,9% Be;

0,06—0,4% Со), состаренной при различных

температу­

рах

(210—300°С), устанавливали

[98] при циклическом

•растяжении

образцов 450X100

мм, имеющих

централь­

ный щелевидный

надрез с острыми

вершинами. Ско­

рость роста

трещин описывается

уравнением

dl/dN—

Aa3l.

Зависимость

константы

А

от

твердости

бронзы

139

и уровня

средних напряжений

ат представлена

на

рис. 65. С увеличением

твердости

скорость роста

тре­

щин снижается. Искусственное

старение

исследованно­

го сплава приводит к уменьшению

скорости при фикси­

рованном значении ат;

при одной

и той

же твердости

повышение

ат

вызывает

ускорение

роста

трещин. В ко­

нечном счете

скорость

роста

трещин

в бериллиевой

бронзе становится такой же, как в меди, т. е. в матрице.

Одновременно с повышением ат

процесс

роста

трещин

становится

более плавным, без

остановок

и

ступенек.

Последние

два обстоятельства связывают

с

влиянием

остаточных

напряжений, окружающих

зоны

 

Гинье—

Престона. При высоком уровне ат

происходит

 

релакса­

ция остаточных напряжений.

 

 

 

 

 

 

Особый

интерес представляет

изучение

с к о р о с т и

р о с т а

т р е щ и н

в в ы с о к о п р о ч н ы х

 

 

с т а л я х

в связи

с проблемой

облегчения

веса при

сохранении

достигнутого уровня

надежности.

В

этом

отношении

весьма

перспективными, как известно,

являются

мартен-

ситно-стареющие стали. При изучении марок 250 и 300 указанной стали (табл.16) оптический (измерительный микроскоп) и электроинофрактографический методы оказались в одинаковой степени пригодными для опре­ деления скорости роста трещин. Исследование выпол­ нено на плоских образцах 300X100X7 мм с централь­ ным щелевидным надрезом, начальные усталостные тре­ щины имели длину 12—14 мм. Установлено [99], что скорость роста усталостных трещин в обеих сталях опи­

сывается

зависимостью

 

 

 

 

 

 

 

 

di'dN -

1!М(АК)\

 

 

где M — константа материала.

 

 

 

 

 

 

Т А Б Л И Ц А

16. Х И М И Ч Е С К И Й

СОСТАВ

(%)

 

И. М Е Х А Н И Ч Е С К И Е

СВОЙСТВА М А Р Т Е Н С И Т Н О - С Т А Р Е Ю Щ И Х СТАЛЕП

 

 

 

М А Р О К

250 И

300

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

а т

 

 

Сталь

Мп

Ni

Mo

•Со

Ті

Мн/м"(кГ/мм-)

б, %

 

 

 

 

 

 

 

 

250

0,05

<0,02

19,33

4,70

8,65

0,50

1730

1840

7,6

 

 

 

 

 

 

 

(173)

(184)

 

300

0,05

<0,02

18,88

4,78

8,59

0,74

1970

2080

4,1

 

 

 

 

 

 

 

(197)

(208)

 

140

Смотрите также файлы