Макеты страниц ГЛАВА 13. ЗАКОНЫ ПОЛЗУЧЕСТИ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ В УСЛОВИЯХ ЛИНЕЙНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ1. Гипотезы ползучести и закономерности длительной прочности материалов при переменных температурахЦиклически изменяющиеся температуры существенно влияют на процессы ползучести, а следовательно, и на процессы разрушения материалов [13, 14,37, 38, 76, 83, 109, 112—119, 122, 126, 147— 151, 198, 199, 245—248, 255, 262—265, 275]. Причинами такого влияния являются температурные напряжения, которые могут возникать за счет неравномерного нагрева; изменение механических характеристик материала в зависимости от изменения температуры и другие факторы. Рассмотрим основные законы ползучести и длительной прочности материалов при переменных температурах и напряжениях. О гипотезах трансформированного времени и температурного последействияПри исследовании ползучести в условиях переменных температур необходимо решать задачу так, чтобы ее решение позволяло с помощью кризых ползучести, снятых при постоянной температуре, строить кривые ползучести для температуры, изменяющейся по любому, наперед заданному закону [92]. Математически данная задача сводится к нахождению аналитической зависимости между уравнением, описывающим обычную изотермическую ползучесть;
и уравнением ползучести для случая, когда температура является заданной функцией времени:
где Рис. 144 (см. скан) Гипотеза трансформированного времени утверждает, что скорость ползучести при непрерывно изменяющейся температуре в любой момент времени и для каждой температуры находятся с учетом всей предыстории. Гипотеза трансформированного времени в аналитической форме сводится к предположению, что
и, следовательно,
Один из методов преобразования времени заключается в постулировании равенства времени
Дифференцируя выражение (13.5) по времени
где
В формуле. (13.7) каждый член суммы дает деформацию за один цикл, а окончательный результат зависит от формы температурного цикла. Второе предположение гипотезы трансформированного времени заключается в том, что структура материала зависит только от величины накопленной деформации и не зависит от способа ее получения. Этот метод носит название метода равных деформаций (теория пластического течения, теория упрочнения). В этом случае графическое нахождение кривой
заменив время некоторым подобранным параметром
Деформацию находим из уравнения (13.8) с учетом (13.9). Деформация ползучести при циклическом тепловом воздействии, когда исходное параметрическое уравнение задано формулой (13.5) (при
Рис. 145 Интегрируя уравнение (13.10), получаем
Таким образом, решение уравнения (13.10) не совпадает с решением уравнений (13.6), (13.7). Однако экспериментальные результаты на ползучесть при синусоидальном изменении температуры для хромоникелевого сплава
Используя параметр для переменного температурного режима 0, формулу (13.5) запишем в виде
где
Если выражение (13.13) продифференцировать по времени, а затем принять, что
Подставляя (13.14) в выражение (13.12), получаем формулу (13.11). Однако ошибочно полагать, что с введением параметров
Гипотеза трансформированного времени в этом случае имеет единственное математическое и физическое истолкование. Так как
Ползучесть при переменном температурном режиме зависит от скорости установившейся ползучести экспериментально наблюдаемую скорость ползучести за цикл
или эффективную В ограниченной области изменения температур и напряжений некоторые аустенитные сложнолегированные сплавы почти нечувствительны к колебаниям температуры [58, 59]. Тем не менее ползучесть металлов и сплавов при циклическом изменении температуры нельзя предсказать тривиальным усреднением по форме цикла (251— 254, 275, 287, 288]. Поведение материалов настолько отличается от ожидаемого, что гипотеза трансформированного времени не всегда в состоянии объяснить наблюдаемые эффекты. Дальнейшим шагом для понимания проблемы ползучести при переменной температуре явилась гипотеза температурного последействия. Данная гипотеза сводится к предположению о том, что всякое реальное твердое тело наследственно по температуре, т. е. обладает своеобразной «памятью» в отношении температурной предыстории. Это означает, что при любом изменении температуры скорость ползучести, соответствующая новой температуре, устанавливается не сразу, а в течение некоторого промежутка времени, необходимого для того, чтобы «память» о прежней температуре была полностью снята 192]. Если добавочная скорость деформации, обусловленная температурным последействием, характеризуется величиной то за время
которой объясняется как ускорение ползучести Поскольку скорость ползучести зависит от структурного состояния материала, а также температуры при прочих равных условиях, то с изменением температуры новое состояние устанавливается постепенно во времени, а следовательно, и скорость ползучести, характерная для новой температуры, достигается не сразу, что означает последействие. Природа температурного последействия может быть разнообразной [39, 92]. Решение задачи деформационного поведения материалов при переменных температурах связано со значительными трудностями, обусловленными тем, что изотермические кривые ползучести, дающие параметрическую зависимость от температуры, не позволяют просто еформулировать кинематическое уравнение процесса. Таким образом, данная проблема требует серьезных дополнительных исследований.
|
Оглавление
|