LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Прогнозування динамічної повзучості алюмінієвого сплаву

перерізах, розташованих вздовж границь базових зерен. У повздовжньому перерізі рівновісні зерна утворюють ряди довжиною 0,2...0,5 мм та шириною 0,01...0,04 мм, паралельні осі деформації.

При розтягуванні накладення циклічної складової приводить до більш помітного подрібнення рівновісних зерен – 13 бал у порівнянні з 11-12 балом при квазістатичному розтягуванні та 11 балом у первісному стані. При цьому їх відносна кількість становить відповідно 12, 10 та 5-7%. Різниця у розмірі рівновісних зерен для всіх досліджених при повзучості зразків не перевищує 1 бала.

Подрібнення зерен і збільшення їх кількості приводить до зростання центрів зародження пор. У всіх пластично деформованих зразках виявлено дефекти у вигляді тріщин, малих, середніх і крупних пор круглої, подовженої та трикутної форми. Розмір дефектів коливається від 0,02 мм до 0,15 мм.

Загальна кількість дефектів та їх розміри у зразках зростають при підвищенні рівня напружень. При статичному навантажуванні пори спостерігаються лише на окремих ділянках зразків. Вплив циклічної складової проявляється у збільшенні густини і розмірів пор: при комбінованому навантажуванні вони виявлені практично у всіх досліджених точках поздовжнього та поперечного перерізів, максимальний їх розмір складає: при розтягуванні - 50 мкм порівняно з 30 мкм і при повзучості - 150 мкм порівняно з 70 мкм відповідно за комбінованого і статичного навантажувань.

Циклічне навантажування у всіх досліджених випадках приводить до "зминання" металу матриці біля частинок фаз сплаву Al3Mg2 і Al6Mn та утворення своєрідних бар'єрів навколо них, що свідчить про накопичення дефектів дислокаційного типу.

На основі фрактографічних досліджень зламів зразків встановлено, що накладення додаткової циклічної складової напруження: сприяє стабілізації процесу зародження і розвитку макротріщини відриву, на що вказує більш гладкий і рівний, порівняно із статичним навантажуванням, макрорельєф поверхні руйнування; дещо видовжує форму ямок на окремих фасетках; утворює стрічковий рельєф, очевидно пов'язаний з формуванням втомних боріздок, крок яких коливається від 1,8 мкм до 2,7 мкм; сприяє зародженню окремих тонких та протяжних мікротріщин, схожих на зернограничні.

У четвертому розділі досліджено вплив циклічного навантажування з амплітудою, співрозмірною з пороговим КІН, на діаграму квазістатичного розтягу і повзучість зразків з тріщинами із сплаву АМг6. Проаналізовано вплив частоти, максимального рівня і розмаху КІН на величину розкриття вершини тріщини, обумовлену повзучістю.

При повзучості зразки з попередньо вирощеною на довжину l"0,5b тріщиною (тут b - ширина зразка) піддавались дії статичного або комбінованого навантажування тривалістю до 450 хвилин за схемою, наведеною на рис. 1,б. Параметри циклічного навантажування: амплітуда Ка=1,1 МПа і частота f=25 Гц. З метою запобігання підростання тріщини величина амплітуди Ка вибиралась нижче порогового розмаху КІН.

Аналіз експериментальних результатів (рис.6) дозволяє стверджувати, що незалежно від часу випробувань в діапазоні К=21...32 МПа розкриття вершини тріщини d за рахунок повзучості при комбінованому навантажуванні за умови Кmax"Кс значно більше (до двох разів), ніж при статичному (тут Кс і Кmax- максимальні значення КІН відповідно при статичному і комбінованому навантажуванні). У всіх досліджених випадках ріст тріщини під час деформування був відсутній.

Досліджено вплив незначної циклічної складової (з частотами f=25 Гц і 50 Гц та амплітудами коефіцієнту інтенсивності напружень Ка=1,6МПа і 2,9МПа) на розкриття вершини тріщини при короткотривалому квазістатичному навантажуванні. Проаналізовано залежності розкриття вершини тріщини від КІН та J–інтегралу.

Встановлено, що при квазістатичному деформуванні зразків з різними довжинами тріщин (від 11,4 до 12,6 мм) характер залежності d від К залишається незмінним (криві 1 і 2, рис.7). Разом з тим, розкриття вершини тріщини при комбінованому навантажуванні більші порівняно із квазістатичним у всіх випадках (криві 3-5, рис.7). Таким чином, циклічне навантажування, яке накладається на квазістатичне, також приводить до збільшення повзучості сплаву АМг6 на ділянці біля вершини тріщини. Як і у випадку динамічної повзучості гладких зразків, максимальне збільшення розкриття тріщини досягається при накладенні циклічної складової з частотою 25 Гц.

У п'ятому розділі розроблено методику розрахунку діаграми деформування гладких зразків із сплаву АМг6 при комбінованому навантажуванні, яка грунтується на визначенні миттєвої діаграми розтягування і результатах випробувань на статичну і динамічну повзучість, та методику прогнозування короткотривалої повзучості зразка з тріщиною при комбінованому навантажуванні, основану на аналізі напружено-деформованого стану у вершині тріщини і моделюванні тіла з тріщиною гладким зразком з врахуванням результатів обмежених випробувань на повзучість. Запропоновано шляхи підвищення методу одноразового перевантаження тіл з тріщинами для збільшення живучості елементів конструкцій.

При оцінці впливу повзучості на процеси деформування розтягуванням сплаву АМг6 за основу було взято миттєву діаграму розтягу - діаграму, отриману з швидкістю, при якій вплив супутнього деформування повзучості неістотний. Для знаходження миттєвої деформації eм, яка відповідала напруженню s, від повної деформації e, визначеної за експериментальною діаграмою при квазістатичному навантажуванні, віднімали величину деформації повзучості pст


, (4)


де v(s) - функція, вид якої визначено з опрацювання експериментальних кривих повзучості при статичному навантажуванні.

Результати обчислень свідчать, що при квазістатичному навантажуванні з постійною швидкістю =1,6 МПа/с вклад повзучості у загальну деформацію неістотний і різниця між експериментальною та миттєвою діаграмами незначна. Разом з тим діаграма (крива 2, рис.5), отримана при тій же швидкості зміни статичного навантажування, але з накладенням циклічної складової, значно відрізняється від миттєвої.

Встановлено, що деформація повзучості pк, обчислена як різниця між комбінованою і миттєвою діаграмами, та коефіцієнт kr (рис.3) описуються залежністю єдиного виду від рівня максимальних напружень


f(s)=Сі(smax)h, ` (5)


де Сі i h – сталі величини.

Коефіцієнт h однаковий для обох залежностей, значення С1 і С2 - різні.

Виходячи з викладеного вище, для опису діаграми деформування при комбінованому навантажуванні отримано наступне рівняння:


, (6)


де eк і eс - повна деформація, обчислена, відповідно, за комбінованою і статичною діаграмами; b - стала величина; h і С2 - коефіцієнти, значення яких визначаються з експериментів на статичну повзучість.

При напруженнях smax>250 МПа теоретична діаграма, розрахована за рівнянням (6), практично співпадає з експериментальною (рис.5).

За основу моделі прогнозування повзучості зразка з тріщиною використано метод, який базується на припущенні, що деформацію матеріалу у вершині тріщини можна змоделювати процесом повзучості гладкого зразка довжиною Lref під дією одновісного розтягу з напруженнями sref (рис.8).

Для визначення sref було використано рівняння для розрахунку напружень в околі вершини тріщини в моделі Хатчисона-Райса-Розенгрена


, (7)


де s0,2- умовна границя текучості; r– відстань від вершини тріщини; I- безрозмірна функція від показника l деформаційного зміцнення; - коефіцієнт деформаційного зміцнення; s(q)- нормована функція від кута q; r –