Материал: Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

Предел выносливости обозначают символом -1, где R - коэффициент асимметрии цикла. Следовательно, предел выносливости при испытаниях с симметричным знакопеременным циклом напряжений обозначают символом -1. Это наиболее частая характеристика сопротивления усталости в справочниках о свойствах сплавов.

У большинства цветных металлов на кривых усталости нет горизонтального участка. Для таких материалов определяют

ограниченный предел выносливости - максимальное напряже-

ние цикла, которое образец выдерживает без разрушения в течение заданного числа циклов нагружения. Это число циклов называют базой испытания. Для легких сплавов ГОСТ рекомендует базу испытаний в 100106 циклов, а при определении физического предела выносливости сталей -10 106 циклов.

Для некоторых материалов испытания проводят на малоцикловую усталость (МЦУ), база которых не превышает 5104 циклов. Характеристикой МЦУ служит циклическая долговечность при заданном значении max .

4.10. Испытания на жаропрочность

По мере развития техники все большее число деталей, машин и механизмов работает при повышенных температурах. Лопатки турбин, обшивка фюзеляжа и крыльев самолетов, нагруженные клапаны мощных двигателей, узлы атомных реакторов - это лишь отдельные примеры таких деталей. Надежность их работы определяется жаропрочностью металлических материалов, из которых они изготовлены. Жаропрочность - это способность металлов работать под напряжением в условиях повышенных температур без заметной остаточной деформации и разрушения.

Для количественной оценки характеристик жаропрочности металлов и сплавов используют несколько методов механических испытаний. Наиболее важные из них - испытания на пол-

192

зучесть и длительную прочность, проводимые обычно по схеме одноосного растяжения.

4.10.1. Явление ползучести

При рассмотрении пластической деформации и деформационного упрочнения подразумевалось, что каждому значению напряжения соответствует определенная деформация. На самом же деле любой материал под действием постоянного напряжения может в определенных условиях деформироваться с течением времени. Явление непрерывной деформации под действием постоянного напряжения называется ползучестью.

В зависимости от температуры и уровня приложенного напряжения ползучесть протекает по разным законам. Наиболее известны четыре вида ползучести, области реализации которых в функции температуры и напряжения приведены на рис. 4.25. Чтобы сделать эту диаграмму применимой для разных металлов и сплавов, по оси абсцисс отложена гомологическая температура, а по оси ординат — отношение приложенного напряжения сдвига к модулю сдвига (t/G).

При напряжениях ниже критического напряжения сдвига tкр протекает неупругая обратимая ползучесть, связанная с упругим последействием. Поскольку неупругая ползучесть обратима, она обычно не опасна для конструкций, и поэтому специальных испытаний на ползучесть при напряжениях ниже tкр не проводят.

При напряжениях выше tкр в области относительно низких температур идет логарифмическая, а при высоких (>0,4 - 0,6 Тпл) - так называемая высокотемпературная ползучесть. Отметим, что низко- и высокотемпературная ползучесть могут протекать при напряжениях, значительно меньших макроскопического предела текучести поликристаллического материала. Для практики наиболее важна высокотемпературная ползучесть. Стандартные испытания проводят именно в этой облас-

193

ти. Наконец, при высоких температурах (>0,5 - 0,8 Тпл) и низких напряжениях реализуется диффузионная ползучесть.

Рис. 4.25. Диаграмма основных видов ползучести

Основным первичным результатом испытания на ползучесть при заданной температуре и постоянном tкр является кривая ползучести в координатах: относительная деформация - время, которую строят по данным систематического измере-

194

ния деформации (обычно относительного удлинения образца в процессе испытания). Изменение характера кривых ползучести с повышением температуры испытания при постоянном напряжении показано на рис. 4.26. Кривая типа ОАВ получается при низкотемпературной (логарифмической) ползучести, OA'BCD и ОА"С - при высокотемпературной.

4.10.2. Испытания на ползучесть

Для оценки поведения металлов и сплавов в условиях ползучести проводят различные испытания. Обычно в этих испытаниях реализуются условия высокотемпературной и диффузионной ползучести, так как их ведут при температурах выше 0,4—0,6 Тпл, соответствующих рабочим температурам жаропрочных металлических материалов.

Рис. 4.26. Кривые ползучести при разных температурах

195