107 / 142
Актуальные проблемы в машиностроении
. Том 4. № 1. 2017
Материаловедение
в машиностроении
____________________________________________________________________
107
Методики экспериментального исследования
Чтобы получить представление о том, на что «способен» исследуемый материал, и
параметры модели общего течения материала, следует пользоваться опробованной
методикой [6]. Нагружая с заданной скоростью или по заданной траектории партию
образцов, каждый из которых испытывается при своей температуре в достаточно широком её
диапазоне, и, проведя термоактивационный анализ, получаем силовые зависимости ЭА
разрушения. В области повышенных температур, если материал не изменяет своего
структурного состояния, обычно получается линейная зависимость ЭА разрушения от
напряжений. На рисунке 1 приведены результаты полученных данных для некоторых марок
сталей (в скобках указан диапазон температуры испытаний). Это наиболее быстрый способ,
не всегда, конечно, заменяющий исследования длительного разрушения (возможных
изменений структуры).
0
200 400 600 800 1000 1200 1400
0
150
300
U=RT
ln(τν
0
), кДж/моль
σ, МПа
1
2
3
4
5
6
Рис.1.
Силовые зависимости ЭА разрушения сплавов на основе α-железа при монотонном
(
1
–
5
) и циклическом (
6
) нагружениях:
1
– сталь 30ХГНСА, отпуск 693 K (293–723 K);
2
– сталь 30ХГСА, отпуск 783 K (293–873 K);
3
– сталь 30ХГСНА, отпуск 973 K (293–683 K);
4
– сталь 45 (293–873 K);
5
– сталь 08 (293–973 K);
6
– сталь 09Г2С (389–588 K, частота 2 и 10 Гц)
Все испытанные марки сталей имеют характерные изломы в силовых зависимостях
ЭА разрушения,
которые
расположены между двумя
прямыми
U
0
– γ
min
и
U
0
– γ
max
, что свидетельствует о релаксационных процессах, происходящих в
структуре этих материалов. Подобные явления наблюдаются также и в алюминиевых
сплавах и воспроизводятся в расчётах в виде спектра релаксационных процессов [6].
Результат монотонного нагружения – это тоже долговечность, определённая для заданной
программы нагружения [1].
Данные опытов
1
–
3
и
6
, проведённых автором, соответствуют каждому испытанному
образцу. Кривые
4
и
5
построены по усреднённым данным, взятым из справочника [9].
Среднее значение
U
0
= 294,3 кДж/моль со средним квадратическим отклонением 9,7
кДж/моль для всех представленных данных.
При циклическом нагружении строится амплитудная зависимость раскрытия петли
неупругости, по которой каждый участок прироста её раскрытия связывается с
долговечностью, получаемой экспериментально при фиксированных параметрах цикла
нагружения. На рисунке 2 построена такая зависимость по экспериментальным данным,
приведённым в работе [10], где выделены характерные участки прироста неупругости