Релаксационная стойкость напряжений в металлах и сплавах (стр. 13 из 17)

Имеющиеся экспериментальные данные показывают, что разупрочнение чистых металлов, сталей и сплавов под воздействием температуры в условиях релаксации напряжений протекает значительно интенсивнее, чем в условиях ползучести.

Хотя температура начала релаксационного разупрочнения для сталей с интерметаллидной фазой примерно та же, что и при ползучести (~700°С), интенсивность протекания процесса релаксации напряжений с дальнейшим повышением температуры намного выше. В связи с этим возможность использования таких сталей при 750°С в качестве релаксационностойкого материала С длительным сроком службы практически отпадает.

Если считать, что ползучесть есть чередование двух противоположных процессов — разупрочнения под воздействием температуры и упрочнения от пластической деформации (наклеп), то отмеченное выше обстоятельство вполне объяснимо. В условиях релаксации напряжений (при неизменности начальной суммарной деформации) разупрочняющему действию температуры почти не противостоит упрочняющее влияние пластической деформации.

Я.С. Гинцбург [15] вводит понятие о критической температуре релаксации напряжений

. По определению автора, это есть температура, при которой величина коэффициента , характеризующего сопротивляемость релаксации в I периоде, остается постоянной при любом значении . Такая формулировка достаточно неопределенна, тем более что при умеренно высоких температурах, как известно, начальное напряжение вообще не влияет на величину .

Температурная зависимость различных характеристик релаксации изучалась многими исследователями. Так, Ф.И. Алешкин приводит температурную зависимость относительного напряжения релаксации

=( )100 («ресурс напряжений») в виде

= 100[ ( )] (58)

где с и d— коэффициенты.

Л.П. Никитина исследовала температурную зависимость времени релаксации

, необходимого для достижения определенного уровня относительного напряжения . Влияние на процесс релаксации трех основных параметров: напряжения, температуры и времени тесно связано между собой.

Поэтому естественно стремление исследователей представить зависимость экспериментальных данных одновременно от всех перечисленных параметров, например

= f(t, , τ).

Кривые для различной длительности испытаний, полученные при каждом значении

, образуют пучок, расходящийся в направлении высоких температур. Последнее обстоятельство подтверждает, что с повышением температуры влияние времени на релаксационную стойкость усиливается. Пучки кривых для различных в области высоких температур, наоборот, сближаются, что говорит об уменьшении влияния с температурой.

3.4 Масштабный фактор

Исследование влияния размеров образца (детали) на интенсивность процессов релаксации напряжений отражено в весьма ограниченном числе работ. Опыты Одинга и Бурдукского приводились при 600° С в условиях растяжения образцов различной длины (50 и 100 мм) и диаметра (5 и 10 мм), изготовленных из сталей Х18Н12МЗТ, Х18Н10Т и 4Х15Н7Г7ФМ (ЭИ388).

Результаты испытаний усредняли методом наименьших квадратов. При этом обнаружилось некоторое снижение релаксационной стойкости образцов меньших размеров. Было сделано предположение, что различная релаксационная стойкость образцов разных размеров связана с локальным характером протекания малых пластических деформаций при высоких температурах.

Для подтверждения этого проводили специальные опыты с образцами, на поверхности рабочей части которых через каждые 10 мм наносили отпечатки прибором Виккерса. Расстояние между отпечатками измеряли с большой точностью до и после испытания на релаксацию.

На рисунке 18 приведен график распределения пластической деформации по длине образца из стали Х18Н12МЗТ, испытывавшегося при 600° С в течение 500 ч. Из рисунка 18 следует, что в условиях релаксации наблюдается значительный разброс слабых и прочных объемов по длине и, по-видимому, по сечению образца. Отсюда следует, что в образцах сравнительно большого диаметра (длины) сопротивляемость релаксации должна быть усреднена по отдельным объемам. Вместе с тем в тонких и особенно в коротких образцах усреднение распределения слабых и прочных объемов затруднено. Поэтому в первом случае кривые релаксации устойчивы, во втором наблюдается их значительный разброс. Кроме того, локальность пластической деформации может привести в ряде случаев к некоторому снижению релаксационной стойкости образцов малых размеров, так как вероятность скопления слабых объемов по сечению образца в количестве, достаточном для его разупрочнения, у тонких образцов значительно больше, чем у образцов большого диаметра. В то же время у образцов малого диаметра эта вероятность тем больше, чем больше длина образца.

Было установлено также, что форма поперечного сечения, в том числе и наличие резьбы на поверхности, не оказывают заметного влияния на релаксационную стойкость.

Таким образом, проведенные исследования не позволяют сделать однозначных выводов о влиянии масштабного фактора на релаксационную стойкость различных материалов. По-видимому, аналогично ползучести, масштабный фактор может проявиться в результате:

а) неоднородного распределения сопротивления ползучести в разных микрообъемах, по-разному проявляющегося в образцах разных размеров;

б) различного влияния состояния поверхности образцов разных размеров (влияние наклепа, окисления);

в) облегчения выхода дислокаций на поверхность при увеличении отношения поверхности к объему.

Различные выводы исследователей объясняются не только проявлением масштабного фактора при релаксации в условиях сжатия и растяжения, но и особенностями поведения в этих условиях испытанных материалов (медь, перлитная и аустенитная стали).

Рисунок 18 — График распределения пластической деформации при релаксации напряжений

3.5 Основные критерии релаксации напряжений

Для оценки релаксационной стойкости материалов служат следующие критерии: оставшееся напряжение; падение напряжения; ресурс напряжений; скорость релаксации; предел релаксации; условные коэффициенты релаксации.

Оставшееся напряжение. Напряжение

“оставшееся” в детали или испытуемом образце по истечении некоторого промежутка времени от момента нагружения детали (образца) начальным напряжением , наиболее часто используется в качестве численной характеристики релаксационной стойкости металлов и сплавов. Несмотря на это, до сих пор нет единого термина для обозначения . Помимо оставшегося напряжения, величину называют остаточным, текущим и конечным напряжениями или же просто напряжением релаксации.

Термин остаточное напряжение неизбежно приведет к путанице с укоренившимися понятиями остаточных напряжений 1-го и 2-го рода. Термин текущее напряжение неудачен в смысловом отношении и, кроме того, вызывает ассоциации с пределом текучести. Наконец, напряжение

бывает конечным не всегда, а лишь в том случае, когда оно совпадает с окончанием испытания или срока эксплуатации. По этим соображениям, мы придерживаемся термина оставшееся напряжение, который представляется наиболее удачным.

Величина

за данный период времени τ зависит от начального напряжения: =f( ). Приводя численные значения , необходимо указывать, при каком именно они были получены, что, к сожалению, не всегда выполняется.