Дипломная работа: Релаксационная стойкость напряжений в металлах и сплавах

Следует отметить, что начало пучка прямых в нулевой точке исключает понятие «условного предела релаксации» и возможность его графического определения. Более правильны схемы рисунок 16,в,г, где пучок прямых пересекается с осью начального напряжения в некоторой точке, отвечающей пределу релаксации.

Рисунок 16 - Схематические зависимости = f () (а, в, д) и = f () (б,г,е)

Не получило подтверждения и высказанное в свое время Я. С. Гинцбургом [15] положение, что зависимость = f() подчиняется степенному закону и может быть описана уравнением = a()р. В действительности при построении графиков — в двойной логарифмической системе координат в большинстве случаев не наблюдается прямолинейности кривых.

Приведенные выше экспериментальные данные и основные закономерности следует учитывать при выборе начальных напряжений для деталей, предназначенных для работы в условиях релаксации напряжений. Очевидно, что более высокие начальные напряжения, как правило, обеспечивают и более высокие значения оставшихся (конечных) напряжений.

Однако при этом величина не должна превышать величину предела упругости материала при данной температуре. При назначении начальных напряже­ний в практике обычно ориентируются не на предел упругости, а на предел текучести , допуская, как правило, 0.8 (за исключением особых случаев, о которых будет сказано ниже).

Таким образом, начальное напряжение релаксации зависит от уровня упругих свойств материала. Исходя из этого, некоторые авторы выражают в долях от величин  или , считая, что в случае необходимости сопоставить релаксационную стойкость ряда материалов целесообразно проводить сравнительные испытания не при одинаковых абсолютных значениях , а при одинаковой величине отношения / (или /).

Такой подход, без сомнения, является правильным, так как позволяет более строго сопоставлять релаксационную стойкость серии материалов, сильно различающихся по своим механическим свойствам (,,) в определенном диапазоне температур.

Л.П. Никитиной [13] предложена методика выбора начальных напряжений, основанная на изложенном принципе и дающая широкие возможности сравнительной оценки разнообразных материалов по их сопротивляемости релаксации напряжения при разных температурах, притом с затратой минимального числа образцов, а следовательно, и общего времени испытаний.

До сих пор мы рассматривали влияние начальных напряжений на зависимости =f() либо = f () при начальных напряжениях, не превышающих  (), как это наблюдается в крепежных деталях.

В определенных условиях нередко отмечается релаксация при , которая может реализоваться при растягивающих нагрузках (но не при испытаниях кольцевых образцов). Релаксация напряжений при , например, наблюдалась в испытаниях на термическую усталость с выдержками при максимальной температуре цикла, а также в специальных опытах.

В этих условиях процесс релаксации напряжений при  характеризуется следующими особенностями.

При высоких температурах  снижается до  за короткое время, исчисляемое минутами; при нормальной и умеренно повышенных температурах действующее напряжение даже в течение весьма длительного времени может оставаться значительно больше . Кроме того, наблюдается немонотонный характер зависимости =f() при τ = const. Действительно, как было показано выше, кривые релаксации для разных  (больших ) могут пересекаться. Однако с увеличением времени эти кривые при сравнительно высоких температурах обычно сливаются в одну, мало отличающуюся от кривой, получаемой при.

Следует иметь в виду, что при нормальной и умеренно высоких температурах, но при очень высоких , существенно превосходящих , может наблюдаться заметное упрочнение металла и повышение сопротивления релаксации за счет наклепа. В тех случаях, когда ненаклепанный металл обладает меньшим сопротивлением ползучести (релаксации), величина  при  может оказаться больше, чем при .

3.2 Влияние времени на протекание процесса релаксации напряжений

Влияние времени на протекание процесса релаксации напряжений находится

в тесной зависимости от других факторов — начального напряжения и температуры, а также от структурной стабильности исследуемого сплава. Например, с повышением температуры влияние фактора времени усиливается.

Кривая релаксации в координатах напряжение — время (рисунок 15) отчетливо разбивается на два участка, отвечающих двум периодам релаксации. Первый период, продолжающийся в большинстве случаев весьма короткое время, характеризуется резким падением напряжения, чему отвечает ниспадающий участок аb.

Второй период релаксации, длительность которого намного больше первого, напротив, характеризуется весьма умеренной скоростью падения напряжения: релаксационная кривая на участке bс при большой длительности испытания приближается к оси абсцисс и в некоторых случаях она вообще затухает, т. е. выходит на горизонтальный участок.

Известно, немало попыток математического обобщения функциональной зависимости напряжения от времени. Например, И.А. Одингом были предложены следующие уравнения первого и второго периодов релаксации:

 (56)

 (57)

где k и р — постоянные коэффициенты, зависящие от свойств металла;

 и— начальные напряжения I и II периодов.

Аналитические уравнения этого типа имеют общий недостаток: они не отражают возможного влияния структурных превращений, происходящих у дисперсионно твердеющих сплавов при определенных температурах. Между тем развивающиеся во времени структурные превращения часто существенно влияют на характер процесса релаксации. Так, если у сильно дисперсионно твердеющих сплавов постоянство скорости релаксации устанавливается сравнительно быстро, то у слабо твердеющих сплавов стадия затухания скорости релаксации иногда длится тысячи часов. Структурная нестабильность испытуемых материалов проявляется и при изучении влияния времени на зависимости =f() и = f().

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16