книги / Некоторые вопросы усталостной прочности стали

Для исследованной нержавеющей стали дополнительно изу­ чалось изменение свойств на некоторых ступенях циклического воздействия после применения старения. Старение производилось в вакуумной печи при температуре 250е 1.

Результаты исследований

а) Р е з у л ь т а т ы м е х а н и ч е с к и х и с п ы т а н и й . Исследованные материалы в состоянии, принятом за исходное, т. е. после отпуска образцов для снятия поверхностного наклепа от механической обработки, имели следующие значения пределов усталости:

Изменение усталостной прочности для обеих сталей изучалось на различных стадиях циклического воздействия при напряже­ ниях на 10 и 20% выше предела усталости.

Количестбо циклоб пхЮ5

Более подробные исследования в этом направлении были про­ ведены для нержавеющей стали Ж-2. На фиг. 1 и 2 представлены сводные результаты по изменению предела усталости стали Ж-21

1 Выдержка. 2 часа.

П

в зависимости от длительности предварительного циклического воздействия при напряжениях кругло на 10 и 20% выше предела усталости, как непосредственно после воздействия, так и после промежуточного отпуска и старения.

Напомним, что каждая точка на указанных фигурах является пределом усталости стали, который получен обычным классиче­ ским методом, путем испытания серии образцов с одинаковой предисторией и построения кривой усталости. В качестве примера (фиг. 3) приведены кривые усталости для нержавеющей стали, образцы которой предварительно были подвергнуты напряжениям

пряжения составляла кругло 87 и 72% от выносливости, отвечаю­ щей уровням 10 и 20% перенапряжения.

Из представленных результатов видно, что усталостная прочность стали Ж-2 в зависимости от состояния образцов изменяется незна­ чительно; однако, если учесть большое количество проведенных испытаний, можно заметить известную закономерность этих изменений или во всяком случае тенденцию к этой законо­ мерности.

Непосредственно после предварительного циклического воз­ действия, при напряжении на 10% выше предела усталости, с увеличением количества циклов до сравнительно небольшой

Предварительное циклическое воздействие с последующим старением при тех же условиях перенапряжения вызывает такой

12

же характер изменения, но выраженный относительно более заметно, чем в предыдущем случае (фиг. 1).

Промежуточный высокий отпуск после предварительного циклического воздействия при той же степени перенапряжения практически не изменяет предела усталости при сравнительно небольшой длительности воздействия и несколько его снижает при большей длительности воздействия.

При напряжениях на 20% выше предела усталости для той же нержавеющей стали Ж-2 в зависимости от длительности цикличе­ ского воздействия в основном наблюдается такой же характер изменений, как и для перенапряжений на 10% (фиг. 2). Непо­ средственно после предварительного циклического воздействия, начиная с известного количества циклов, предел усталости пони­ жается. Применение отпуска после предварительного цикличе­ ского воздействия усиливает наблюдаемые изменения в том же направлении. Применение . старения после предварительного циклического воздействия повышает усталостную прочность, а начиная с определенного количества циклов, повидимому, будет ее понижать (фиг. 2).

Дополнительные испытания, проведенные для уточнения влия: ния промежуточного отпуска после предварительного цикличе­ ского перенапряжения на усталостную прочность нержавеющей стали, показали, что при напряжениях как па 10, так и на 20% выше предела усталости, до известного количества циклов пред­ варительного воздействия и последующего высокого отпуска предел усталости не снижается *. Только начиная с известного количества циклов, различного для разных степеней перенапря­ жения, наблюдается понижение предела усталости (фиг. 4 и 5). При предварительном перенапряжении на 10% и последующем

Следует отметить, что предварительное циклическое перенапря­ жение с последующим отпуском, наряду с понижением предела усталости, понижает и выносливость (долговечность) металла

ипритом тем больше, чем выше была степень перенапряжения

ичем длительнее воздействие.

Взначительно меньшем объеме были проведены аналогичные испытания на углеродистой стали 35. Основная цель этих испы­ таний заключалась в том, чтобы установить влияние промежуточ-

которые после предварительного циклического воздействия и последующего отпуска испытывались на усталость на уровне предела усталости на базе 5 • 10Б циклов. В сочетании с предыдущими испытаниями это позволило уточнить изменение усталостной прочности в результате циклического воз­ действия и отпуска.

13

ного отпуска после предварительного воздействия на усталостную прочность.

Полученные результаты показали, что циклическое перена­ пряжение на 10% выше предела усталости непосредственно после 4 • 105 циклов не вызвало изменения предела усталости; в то же время аналогичное предварительное циклическое воздействие с последующим высоким отпуском обнаружило некоторую тен­

Применение промежуточного отпуска при том же предваритель­ ном циклическом воздействии привело к небольшому, но опреде­ ленному снижению усталостной прочности.

б) Р е з у л ь т а т ы р е н т г е н о в с к и х и с с л е д о в а ­

ни й . Результаты измерений ширины интерференционных линий

(310)и (211),полученные путем обработки фотометрических кривых, представлены в табл. 3.

Из представленных в таблице данных видно, что для исследо­ ванных марок стали в результате длительного циклического пере­ напряжения на 20% выше предела усталости не обнаружено изме­ нения ширины интерференционных линий.

Результаты измерений изменения относительной интенсивности интерференционных линий (310) и (220) в процессе усталости представлены для углеродистой стали 35 при напряжениях на 10 и 20% выше предела усталости (фиг. 6 и 7) и для нержавеющей стали Ж-2 при перенапряжениях на 20% (фиг. 8). На этих же фигурах приведены величины относительной интенсивности интер­ ференционных линий после предельно длительного воздействия

14

и последующего высокого отпуска. Кроме того, на фиг. 6, 7 и 8 приведены результаты измерений изменения относительной иитен-

Количество циклов п*105

Фиг. 6. Изменение относительной интенсивности интерференционных отра­ жений от плоскостей (310) и (220) для углеродистой стали 35 в зависимости от циклического воздействия при напряжении на 10% выше предела усталости:

/ — непосредственно после циклического воздействия; 2 — после циклического воздей­ ствия и отпуска при температуре 650°; 3 — после циклического перенапряжения на

10'7о при 4»105 циклах, отпуска при температуре 650° и нового циклического воздействия при числе циклов, указываемом диаграммой.

снвности интерференционных линий для обеих марок стали и для тех же условий перенапряжения, с той лишь разницей, что эти измерения производились после того, как образцы были подверг-

15

1 2 3 Г 5

Количество циклов пхЮ5

Фиг. 7. Изменение относительной интенсивности интер­ ференционных отражений от плоскостей (310) и (220) для углеродистой стали 35 в зависимости от цикли­ ческого воздействия при напряжении на 20% выше пре­ дела усталости:

/ — непосредственно после циклического воздействия; 2 — после циклического воздействия и отпуска при температуре 650°: 3 — после циклического перенапряжения на 20°/о при 3-10s цик­ лах, отпуска при температуре 650’ и последующего цикли­ ческого воздействия при числе циклов, указываемом диаграммой.

Nч 2

к Lчк.

к < /

3 k jиN |—

Количество циклов n*10s

Фиг. 8. Изменение относительной интенсивности интерференционных отражений от плоскостей (310) и (220) для нержавеющей стали Ж-2 в зависимости от циклического воздействия при напряжении на 20% выше предела усталости:

1— непосредственно после циклического воздействия; 2 —после циклического воздействия и отпуска при температуре 650°; 3 — после циклического перенапряжения на 20°/о при 1,5* 10s циклах, отпуска при температуре 650° и последующего цикли­ ческого воздействия при числе циклов, указываемом диаграммой.

16

деформировании нарастание искажений, или изменение относи­ тельной интенсивности интерференционных линий, количественно выражено сильнее *.

Высокий отпуск при статическом растяжении иа любой стадии пластического деформирования, так же, как и на любой стадии

Обращает на себя внимание, что для нержавеющей стали Ж-2, по сравнению с углеродистой сталыо 35, как в процессе уставания, так и при статическом растяжении наблюдается большее изменение относительной интенсивности, а следовательно, и большее нара­ стание искажений атомной решетки.

Для углеродистой стали 35 рентгеновские исследования были проведены также на образцах, подвергнутых циклическому воз­ действию при напряжениях ниже предела усталости. При напря­ жении о = 22 кг/мм2, т. е. на 4,5% ниже предела усталости, наблю-1

1 При статическом деформировании, помимо изменения относительной интенсивности, в отличие от усталостного процесса наблюдается также и изменение ширины интерференционных линий.

18

стояния (до циклического воздействия), после длительного циклического воздействия при напряжениях выше предела усталости и после циклического

1 Тот факт, что при этих испытаниях образец не разрушился в течение, 10 млн. циклов, со всей определенностью указывает на то, что напряжение при циклическом воздействии действительно было ниже предела усталости.