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: 90
Скачиваний: 0
t Л ІЗ .1 II Ц А 33. |
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 В Ы С О К О П Р О Ч Н Ы Х К О Н С Т Р У К Ц И О Н Н Ы Х СТАЛЕЙ |
|||||||||
Сплав |
с |
Мп |
|
|
Ni |
Cr |
|
|
Mo |
9Ni—4Со—0.20С |
0,17— |
0,20— |
8,5—9,5 |
0,65— |
0,9— |
||||
0,23 |
0,<Ю |
0,85 |
|
|
1,10 |
||||
|
|
|
|
|
|||||
lONi—2Сг—Mo— |
0,12 |
0,09 |
|
|
9,88 |
2,09 |
|
|
1,05 |
—8Со |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ІЗСг—8Ni—2Мо |
0,04 |
0,02 |
|
|
8,07 |
12,6 |
|
|
2,06 |
SAE 4340 |
0,39 |
0,85 |
|
|
1,83 |
0,83 |
|
|
— |
|
|
|
|
|
Продолжение |
табл. 33 |
|||
Сплав |
Со |
От , |
Мн/м* |
а в , |
Мн/м1 |
б, % |
і|>. % |
||
(кГ/лш-) |
|
(кГ/мм*) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||
9Ni—4Со—0.20С |
4,25— |
1260(126) |
1390(139) |
|
17,8 |
66,0 |
|||
4,75 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lONi—2Сг—Mo— |
7,96 |
1330(133) |
1430(143) |
|
16,5 |
69,5 |
|||
—8Со |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ІЗСг—8Ni-2Mo |
— |
1210(121) |
1260(126) |
|
18,5 |
69,8 |
|||
SAE 4340 |
— |
1500(150) |
1750(175) |
|
11,0 |
33,6 |
|||
температуры в вакууме, в атмосфере кислорода, водоро да и в воде, однако чем выше АК, тем слабее влияние температуры.
Температура оказывает весьма сильное ускоряющее влияние на скорость роста коррозионно-усталостныхтре щин, поскольку в этом случае скорость роста трещин сильно зависит от скорости электрохимических реакций. Скорость роста трещин на воздухе также зависит от температуры, но в меньшей степени.
Следует отметить, что изменение условий механичес кого нагружения оказывает на скорость роста трещин меньшее влияние, чем окружающая среда. Скорость ро-
198
ста в среде преимущественно обусловлена механизмом протекания процесса коррозии под напряжением. При малых амплитудах и низком /( скорость роста трещины в основном определяется длительностью периода нагру жения и близка к скорости роста при статическом при-
|
Спорости |
роста |
трещин, |
пп/пин |
|
|
Рнс. 97. |
Зависимость скорости |
роста |
статических (/) и коррозионно-уста- |
|||
лостиых |
(2) трещин от температуры и уровня |
средней |
интенсивности на |
|||
пряжений при постоянном |
размахе ДК=>20 |
ЛІи/.н3 /" |
(GO |
кГ/мм/') |
||
ложении соответствующих напряжений. При больших амплитудных напряжениях скорость роста усталостной трещины на 30—40% ниже, чем статической. Характер цикла также оказывает существенное влияние. Скорость
роста |
коррозионыо-усталостных |
трещин |
уменьшается |
||||||
с увеличением |
частоты. |
|
|
|
|
|
|||
Влияние |
соленой |
воды, на рост усталостных трещин |
|||||||
при постоянной |
нагрузке в переплавленных |
электродуго |
|||||||
вым способом |
новых |
высокопрочных |
конструкционных |
||||||
сталях |
9 Ni—4 Со—0,20 С; |
10 Ni—2 Cr—1 Mo—8 Со |
и |
||||||
13 Cr—8 Ni—2 Mo (см. табл. 33) |
мало, особенно по срав |
||||||||
нению со сталью SAE 4340 |
[56]. Скорость роста устало |
||||||||
стных |
трещин |
в этой |
стали |
при действии |
соленой воды |
||||
увеличивается |
в 10 раз, а у исследованных новых сталей |
||||||||
всего в 2—3 |
раза (рис. 98). Степень |
влияния среды |
на |
||||||
скорость роста |
трещин и в данном случае |
оказывается |
|||||||
199
связанной с уровнем действующих напряжений. Наи большее влияние среды наблюдается при циклических напряжениях, уровень которых значительно ниже уров ня К, требуемого для возникновения коррозионного рас трескивания металла при статической нагрузке.
|
|
|
|
|
|
Существуют различные |
|||||||||
|
|
200 |
|
Ш |
|
подходы к анализу |
скорости |
||||||||
|
|
|
|
роста |
трещин |
в |
условиях |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
коррозии. |
В соответствии с |
||||||||
|
|
|
|
|
|
одним |
из |
них |
предлагается |
||||||
|
|
|
|
|
|
рассчитывать |
скорость |
ро |
|||||||
|
|
|
|
|
|
ста |
усталостной |
трещины |
|||||||
|
|
|
|
|
|
при |
воздействии |
агрессив |
|||||||
|
|
|
|
|
|
ной среды как сумму скоро |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
стей роста в инертной среде |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
при |
циклическом |
нагруже- |
|||||||
|
|
|
|
|
|
нии и при воздействии дли |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
тельной |
статической |
нагруз |
|||||||
|
|
|
|
|
|
ки в агрессивной среде. Для |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
мартенситпо-стареющей |
ни |
||||||||
|
|
|
|
|
|
келевой |
и |
других |
высоко |
||||||
40 |
|
80 |
|
/20 |
|
прочных |
сталей |
показано |
|||||||
|
M, |
tin/ri^ |
|
[78], |
|
что |
предлагаемая |
ме |
|||||||
Рис. 98. Скорость |
роста усталост |
тодика |
позволяет |
рассчиты |
|||||||||||
вать |
скорость |
роста |
трещин |
||||||||||||
ных трещин |
в |
нержавеющей |
стали |
||||||||||||
ІЗСг—8Ni—2Мо |
при |
испытании |
в со |
с учетом |
влияния |
частоты |
|||||||||
леной воде |
(/) H на |
воздухе |
(2) |
иагружеиия и |
напряженно |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
го состояния. |
При |
анализе |
|||||||
скорости |
роста |
коррозиоино-усталостных |
трещим |
пред |
|||||||||||
лагается учитывать истинные напряжения ok в вершине трещины (k — эффект концентрации напряжений у кор розионных повреждений, увеличивающийся с увеличени ем длительности действия коррозионных факторов).
Влияние среды |
на |
скорость |
роста трещин |
в алюминиевых |
|
и титановых сплавах |
|
В л и я н и е в о з д у х а |
н е г о |
с о с т а в л я ю щ и х |
|
исследовано [102] на |
листовых |
образцах размером |
|
57X32XU6 мм с центральным отверстием, изготовлен
ных из двух алюминиевых сплавов: |
плакированного |
||||||||
сплава ДТД 5070А (2,5% |
Си; 1,5% Mg; |
1,2% |
Ni; |
1,0% |
|||||
Fe; |
0,25% |
Si; ст02 = 400 Мн/м2, |
И Л И |
40 |
кГ/мм2) |
и |
ДТД |
||
683 |
(5,8% |
Zn; 2,7% Mg; |
1,3% |
Си; |
0,4 |
Мп; |
0,1% |
Si; |
|
200
0O i 2 = 53O Мн/м2, |
или 53 кГ/мм2). Испытания проводили |
|||||
на |
растяжение |
|
при |
напряжении |
30,3+24,8 |
Мн/м2 |
(3,03+2,48 кГ/мм2) |
и частоте 100; 1 и 1/60 сек~1. |
|
||||
АК |
рассчитывали |
по формуле |
|
|
||
|
|
|
АК = Ао (л/) , / 2 а, |
|
|
|
где |
/ — половина |
длины трещины; |
|
|
||
|
а — поправочный |
коэффициент, |
используемый в |
|||
|
том случае, |
когда на образцах имеется |
не бо |
|||
|
ковой надрез, а центральное отверстие. |
|
||||
|
На скорости |
роста |
трещин в обычном воздухе |
сказы |
||
вается суммарное влияние паров воды, кислорода и азо та. В сухом азоте скорость роста трещин мало отлича ется от скорости в вакууме. Кислород вызывает увели чение скорости роста при малых частотах и небольшое снижение при больших частотах.
Основным фактором, влияющим на скорость роста трещин, являются пары воды. Воздух вызывает значи тельно меньшее увеличение скорости. Во влажном ар гоне при низком К скорость роста трещин увеличивается в —10 раз по сравнению с сухим аргоном; при вы соком К влияние влажности ослабляется. Влажный кис лород оказывает такое же влияние, как и влажный ар гон; сухой кислород почти не стимулирует рост трещины.
Влияние среды на скорость роста трещин в алюми
ниевых сплавах возрастает с повышением |
твердости |
||
сплава. Это следует из сравнения сплавов САП с HV106; |
|||
сплава 5070А |
с НѴ 136 и сплава 683 с |
НѴІ87. |
|
В л и я н и е |
ч и с т о г о к и с л о р о д а |
на |
скорость |
роста трещин изучено при шести уровнях |
интенсивности |
||
напряжений [102] и установлено: |
|
|
|
а) при достаточно низких начальных значениях АК при всех давлениях кислорода— вначале скорость роста трещин оказывается большей, чем в вакууме, но при бо лее длинных трещинах и более высокой интенсивности напряжений скорость роста трещин в кислороде меньше, чем в вакууме;
б) скорость роста трещин мало меняется при умень шении давления с 101325 н/м2 до 27 нм2 (с 1 до 0,00026 атм). Дальнейшее снижение давления кислоро да уменьшает скорость роста трещин и она оказывается одинаковой и .на воздухе, и в вакууме — критическая скорость;
14-3 |
201 |