Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
§ 8. Усталость при повышенных температурах
Сопротивление усталости чистых металлов прогрессивно снижается с повышением температуры; этот результат едва ли можно считать неожиданным, если принять во внимание связь между пределом выносливости и пределом прочности на растяжение. Что касается сплавов и в особенности сталей, то здесь ситуация более сложная: в интервале температур 250—350° С может наблюдаться повышение усталостных свойств, связанное с эффектом деформационного старения. При температурах выше этой области у сталей больше не выявляется четкого предела усталости, и их поведение становится аналогичным поведению большинства других металлов и сплавов.
Мы знаем, что характер структуры, возникающей в результате деформации при высокой температуре, отличен от той, которая формируется в результате холодной деформации, так как в первом случае дислокации не только скользят по плоскостям скольжения, по и переползают в другие плоскости; более того, в условиях ползучести важную роль играют границы зерен как при деформации, так и при разрушении. Аналогично при усталости с повышением температуры деформации характер разрушения изменяется: внутризеренное разрушение, зарождающееся в бороздках, переходит в межзереыиое, которое начинается либо в тройных точках встречи границ зерен, либо на порах, расположенных по границам [21, 48]. Например, в образце из чистого магния, подвергнутом усталостным испытаниям па растяжение — сжатие с частотой 3000 циклов в минуту, при комнатной температуре происходит внутризеренное разрушение, а при 250° С — мс;к-
304
Глава 14
зереиное разрушение [481 (фиг. 14.25). В крупнозернистых материалах и в твердых растворах в присутствии легирующих элементов этот переход бывает подавлен. Характер разрушения при этом весьма близок к тому, который имеет место в результате ползучести при повышенпых температурах.
При малых напряжениях поры формируются преимущественно в местах встречи развитых полос скольжения с границами зерен; это обстоятельство
Ф и г. 14.25. Микроструктура чистого магния после 105 циклоп нагружения (50% стойкости) напряжением 574 гс/мм" при 250° С; видны межзерешше трещины, X 200 [48].
подтверждает точку зрения, согласно которой в данном случае действует механизм зарождения пор, характерный для ползучести (гл. 13). хотя при этом нельзя исключить влияние случайных включений, которые могут быть местами зарождения трещин. Образование пор на границах зерен в процессе усталости было отмечено у магния при таких низких температурах, как 150° С. При больших напряжениях скольжение по границам зерен приводит к образованию трещины в тройной точке аналогично тому, как это происходит при ползучести. Представляется очевидным, что движение дислокаций,
ющ-,
Число циклов до разрушения
Фиг. 14.26. ? — JV-кривые алюминиевого сплава RR 58 при 200° С, иллюстрирующие влияние частоты нагружешш (Форест и Тапселл).
Усталость
365
приводящее при пизких температурах к образованию трещин по бороздкам, ¦с повышением температуры изменяется в результате появления переползаний; это подтверждает обнаружение хорошо развитых субзерен. В дальнейшем доминирующим процессом, способствующим зарождению трещин, становится скольжение по границам зерен. Таким образом, не удивительно, что при высоких температурах крупнозернистый материал характеризуется более высоким сопротивлением ползучести, чем мелкозернистый.
Роль частоты с повышением температуры становится более важной, так как деформация сопровождается процессами, которые контролируются диффузией и, таким образом, являются зависимыми от времени, например переползание дислокаций. Следовательно, можно ожидать, что предел выносливости будет увеличиваться с возрастанием частоты при повышенных температурах. На фиг. 14.26 показана эта тенденция для алюминиевого сплава RR58, испытанного на частотах от 10 до 2000 циклов в минуту при 200°С.
§ о. Уста.юстные процессы на практике
Явление, приводящее к разрушению под действием напряжений, максимальная величина которых существенно ниже макроскопического предела текучести, должно с предельным вниманием учитываться инженерами, которым должны быть известны практические меры для сведения к минимуму возможности такого разрушения. Отношение предела выносливости к пределу прочности на растяжение дает некоторую информацию: для большинства металлов и сплавов оно не превышает 0,6, а в некоторых случаях падает до 0,25. По-видимому, наибольшую опасность представляют концентраторы напряжений в виде надрезов, которые могут быть результатом неудачной конструкции, но могут возникать также вследствие неправильной технологии обработки, например при грубой окончательной обработке поверхности детали; концентраторами напряжений могут служить также металлургические дефекты, например включения или трещины, возникшие в процессе термической обработки. Поэтому при производстве детали, которой предстоит испытывать длительные усталостные нагрузки, следует тщательно выполнять каждую технологическую операцию на всем протяжении процесса ее изготовления. Металлургу следует обеспечить получение чистого материала с однородной структурой, конструктор же должен четко представлять себе, что даже паилучший сплав может разрушиться в результате усталости, если концентрация напряжений, присущая конструкции, будет достаточно высокой. Недостаточно внимания уделяется среде, в которой предстоит работать детали; действительно, многие случаи усталостного разрушения относятся к коррозионной усталости. Ее влияние может быть сведено к минимуму, если применять защитные меры, например гальванические покрытия или катодную защиту. Если усталостная трещина начала развиваться, то обычно уже бывает поздно применять какие-либо защитные меры; к сожалению, часто трещину не замечают до тех пор, пока не произойдет катастрофа.
