Особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных никелевых сплавах при статическом нагружении
На стандартных образцах из сплавов ЭП742 и ЭП962 исследована скорость роста трещин ползучести при температуре 973 К и статической нагрузке. Показано, что сплавы, близкие по химическому составу и механическим свойствам, обладают различными характеристиками сопротивления росту трещин ползучести....
Gespeichert in:
| Datum: | 2001 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2001
|
| Schriftenreihe: | Проблемы прочности |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46693 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных никелевых сплавах при статическом нагружении / В.В. Покровский, В.Н. Ежов, В.Г. Сидяченко // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 52-64. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-46693 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-466932013-07-06T10:30:01Z Особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных никелевых сплавах при статическом нагружении Покровский, В.В. Ежов, В.Н. Сидяченко, В.Г. Научно-технический раздел На стандартных образцах из сплавов ЭП742 и ЭП962 исследована скорость роста трещин ползучести при температуре 973 К и статической нагрузке. Показано, что сплавы, близкие по химическому составу и механическим свойствам, обладают различными характеристиками сопротивления росту трещин ползучести. На стандартних зразках зі сплавів ЕП742 і ЕП962 досліджено швидкість росту тріщин повзучості при температурі 973 K та статичному навантаженні. Показано, що близькі за хімічним складом та механічними властивостями сплави мають різні характеристики опору поширенню тріщин повзучості. Creep crack-growth rate was investigated on standard specimens from EP742 and EP962 alloys at 973 K and under static loading. The alloys similar in chemical composition and mechanical characteristics were shown to possess different characteristics of creep crackgrowth resistance. 2001 Article Особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных никелевых сплавах при статическом нагружении / В.В. Покровский, В.Н. Ежов, В.Г. Сидяченко // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 52-64. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46693 539.4 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Покровский, В.В. Ежов, В.Н. Сидяченко, В.Г. Особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных никелевых сплавах при статическом нагружении Проблемы прочности |
| description |
На стандартных образцах из сплавов ЭП742 и ЭП962 исследована скорость роста трещин
ползучести при температуре 973 К и статической нагрузке. Показано, что сплавы, близкие
по химическому составу и механическим свойствам, обладают различными характеристиками
сопротивления росту трещин ползучести. |
| format |
Article |
| author |
Покровский, В.В. Ежов, В.Н. Сидяченко, В.Г. |
| author_facet |
Покровский, В.В. Ежов, В.Н. Сидяченко, В.Г. |
| author_sort |
Покровский, В.В. |
| title |
Особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных никелевых сплавах при статическом нагружении |
| title_short |
Особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных никелевых сплавах при статическом нагружении |
| title_full |
Особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных никелевых сплавах при статическом нагружении |
| title_fullStr |
Особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных никелевых сплавах при статическом нагружении |
| title_full_unstemmed |
Особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных никелевых сплавах при статическом нагружении |
| title_sort |
особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных никелевых сплавах при статическом нагружении |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2001 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46693 |
| citation_txt |
Особенности распространения трещин ползучести в жаропрочных
никелевых сплавах при статическом нагружении / В.В. Покровский, В.Н. Ежов, В.Г. Сидяченко // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 52-64. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT pokrovskijvv osobennostirasprostraneniâtreŝinpolzučestivžaropročnyhnikelevyhsplavahpristatičeskomnagruženii AT ežovvn osobennostirasprostraneniâtreŝinpolzučestivžaropročnyhnikelevyhsplavahpristatičeskomnagruženii AT sidâčenkovg osobennostirasprostraneniâtreŝinpolzučestivžaropročnyhnikelevyhsplavahpristatičeskomnagruženii |
| first_indexed |
2025-07-04T06:07:55Z |
| last_indexed |
2025-07-04T06:07:55Z |
| _version_ |
1836695448435294208 |
| fulltext |
УДК 539.4
Особенности распространения трещин ползучести в жаропроч
ных никелевых сплавах при статическом нагружении
В. В. П окровский, В. Н. Ежов, В. Г. Сидяченко
Институт проблем прочности НАН Украины, Киев, Украина
На стандартных образцах из сплавов ЭП742 и ЭП962 исследована скорость роста трещин
ползучести при температуре 973 К и статической нагрузке. Показано, что сплавы, близкие
по химическому составу и механическим свойствам, обладают различными характерис
тиками сопротивления росту трещин ползучести.
К лю ч е вы е с л о в а : скорость роста трещин ползучести, длительная прочность,
механика разрушения, инкубационный период.
О б о з н а ч е н и я
£ о - скорость деформации гладкого образца при ползучести
о о - напряжение, соответствующее £ о
£ - скорость деформации
*
£ /0 - остаточная деформация ползучести после разрушения
£ - текущее время
£ р - время до разрушения гладкого образца (длительная прочность)
Ь у - время до разрушения образца с трещиной
1Т - характеристическое время перехода от локальной ползучести
к установившейся ползучести
- время инкубационного периода
п - показатель степени в уравнении установившейся ползучести
т - показатель степени в уравнении длительной прочности
Б - константа материала в уравнении длительной прочности
К - коэффициент интенсивности напряжений
К п - начальное значение коэффициента интенсивности напряжений
Е - модуль Юнга
С * - модифицированный /-интеграл
V - коэффициент Пуассона
Р - нагрузка
Ру - нагрузка при циклическом нагружении образца с трещиной
а - длина трещины
ао - начальная длина трещины
В - толщина образца
Ж - расстояние от линии действия силы (ЛДС) до тыльной поверхности
СТ-образца
© В. В. ПОКРОВСКИЙ, в. Н. ЕЖОВ, В. Г. СИДЯЧЕНКО, 2001
52 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, N2 5
Особенности распространения трещин ползучести
V - суммарная скорость смещения по ЛДС
Vc - составляющая ползучести в суммарной скорости смещения по ЛДС
Ve - упругая составляющая скорости смещения по ЛДС
Vp - пластическая составляющая скорости смещения по ЛДС
а - скорость роста трещины ползучести
к - коэффициент деформационного упрочнения
Jp - пластическая составляющая /-интеграла
rc - размер структурного элемента
I n - коэффициент в решении Хатчинсона-Райса-Розенгрена (HRR)
Введение. В настоящее время в мировой практике все более акту
альным является принцип эксплуатации авиационных газотурбинных двига
телей (АГТД) “по техническому состоянию”. Использование консерватив
ных статистических моделей без учета “живучести” элементов АГТД при
водит к преждевременному снятию их с эксплуатации. Диски АГТД исчер
пывают проектный ресурс, когда в одном из тысячи ожидается появление
трещины длиной 0,1 мм [1], однако многие детали при этом могут отра
ботать не более 10% проектного ресурса. Такой подход экономически
необоснован. Кроме того, на стадии изготовления дисков существует веро
ятность появления микродефектов, которые могут быть не обнаружены
средствами дефектоскопического контроля и при эксплуатации в условиях
высоких температур и циклических нагрузок вырасти до критических раз
меров и привести к катастрофическому разрушению двигателя. Таким обра
зом, с целью безопасной и экономичной эксплуатации двигателей необхо
димо достоверно прогнозировать время развития дефектов от начальных
размеров до критических и с учетом этого обоснованно назначать длитель
ность межосмотровых периодов и объемы регламентных работ.
Материал диска турбины АГТД при эксплуатации подвержен воздейст
вию высокой температуры, статическому и циклическому нагружению, одно
кратным и многократным перегрузкам и т.п. Совокупность этих факторов
представляет собой реальный полетный цикл. В связи с этим актуальным
является вопрос исследования влияния выдержек различной длительности
на кинетику зарождения и развития дефектов типа трещин. Рост трещины в
двух дисковых материалах при нагружении, имитирующем полетный цикл,
изучен ранее [2].
Поскольку полетный цикл включает в себя работу материала при стати
ческой нагрузке в условиях высоких температур, остановимся более под
робно на закономерностях развития трещин ползучести в жаропрочных
сплавах на основе никеля ЭП742 и ЭП962, которые применяются для
изготовления дисков турбин АГТД большого ресурса.
М атериалы и методика проведения эксперимента. Химический сос
тав сплавов ЭП742 и ЭП962 приведен в табл. 1 и соответствует ТУ 14-1
3998-85 и СТУ 14-1-2345-78. Для определения средних размеров зерен
сплавов изготовляли металлографические шлифы из исходного материала.
Подготовленную поверхность травили реактивом Васильева: 500 см HCl,
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2001, № 5 53
В. В. Покровский, В. Н. Ежов, В. Г. Сидяченко
3 3 325 см Н 2Б 0 4, 100 см С иБ 04, 325 см Н 20. Средний размер зерна
определяли в соответствии с рекомендациями работы [3] на оптической
части прибора ПМТ-3 (табл. 2).
Т а б л и ц а 1
Химический состав (%) исследуемых сплавов
Сплав N1 Сг А1 Ті Со Мо № V Бе
ЭП742 64,2 13,1 1,9 2,5 10,1 4,3 - 2,5 0,01 0,7
ЭП962 61,0 11,2 3,0 2,6 9,5 4,0 2,7 3,7 0,45 0,3
Исследование характеристик ползучести и длительной прочности ука
занных сплавов проводили на плоских образцах прямоугольного сечения
( 3 x 5 мм) с длиной рабочей части 100 мм в соответствии с требованиями
ГОСТ 10145-81 и 3248-81 на установке АИМА-5-11.
После обработки полученных результатов строили первичные кривые
ползучести, имеющие типичный Б-образный вид. Для описания минималь
ной скорости ползучести и времени до разрушения при стационарном тем
пературно-силовом нагружении использовали известные феноменологичес
кие зависимости:
: є 0
о
\ ° о )
\П
(1)
tp = В ( о ) -т , (2)
где £о, о о, п, В и т - характеристики материала, численные значения
которых представлены в табл. 2. После разрушения образцов определяли
*
остаточные деформации є^ (рис. 1).
Т а б л и ц а 2
Характеристики длительной прочности, ползучести и средний размер зерна
для исследуемых сплавов
Сплав є 0,ч_1 о0, МПа п В т dcp -106, м
ЭП742 1 1518 9,02 8,168-1027 9,00 45
ЭП962 1 1588 11,60 1,515-1032 10,29 22
Кинетические диаграммы роста трещин ползучести (РТП) получали
при испытании стандартных СТ-образцов. Использовали два типа образцов
с размерами в плане 60 Х62,5 и 45 Х50мм и одинаковой толщиной 10 мм.
Исходная трещина размером 0,5 Ж инициировалась в образцах путем
усталостного нагружения на сервогидравлической установке БИМ 100/50, а
затем на установке МП-4М исследовали рост трещин ползучести при темпе
ратуре 973 К. Начальные значения приложенной нагрузки Р на образец
с трещиной при испытаниях на ползучесть определяли из условия
54 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
Особенности распространения трещин ползучести
0,25 K q < K in < 0,6 K q , где K q - критическое значение коэффициента
интенсивности напряжений (КИН) для исследуемых сплавов [4]. Для спла
вов ЭП742 и ЭП962 принималось значение K in = 40...60 МПа *м1/2 и K in =
1/2= 20...30М П а -м соответственно, при этом длительность экспериментов
изменялась от 4000 до 100 ч до разрушения образцов. За длиной трещины и
смещением по линии действия силы наблюдали через окно в печке с по
мощью модернизированного катетометра КМ-6 . В случае изменения подат
ливости образца и невозможности обнаружения подрастания трещины по
боковой поверхности его снимали с испытаний и подращивали трещину при
частоте 20 Гц и P y = 0,6P в условиях комнатной температуры. Затем
продолжали исследования роста трещины при ползучести. Таким образом
можно зафиксировать положение фронта трещины и после разрушения по
излому на инструментальном микроскопе уточнить ее подрастание в ре
зультате ползучести.
*
* /
18
16
14«
12
IQ
S'
6
4
600 700 800 о , МПа
Рис. 1. Изменение остаточной деформации гладких образцов из сплавов ЭП962 (1) и
ЭП742 (2).
Теоретические представления. В настоящее время накоплены много
численные экспериментальные и теоретические сведения о проведении испы
таний и представлении результатов по кинетике РТП. Одним из основных
документов, регламентирующих эти исследования, является американский
стандарт ASTM E 1457-92, который имеет ряд ограничений. Он определяет
условия проведения испытаний и представление результатов по исследо
ванию скорости роста трещин в материалах, которые разрушаются плас
тично при постоянной нагрузке. Однако разрушение многих сплавов при
определенных температурах может иметь хрупкий характер, и в этом случае
рекомендации стандарта не корректны. В связи с этим в работе [5] на основе
большого количества исследований, проведенных на материалах с низкой
пластичностью (creep brittle) или материалах, которые разрушаются в усло
виях ограниченной ползучести у вершины трещины, принято ряд поправок
и рекомендаций к вышеуказанному стандарту.
Первичной информацией при исследовании РТП в режиме P = const
является зависимость изменения длины трещины от абсолютного t или
относительного t / t / времени. При нанесении этих данных на график полу
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2001, № 5 55
В. В. Покровский, В. Н. Ежов, В. Г. Сидяченко
чена типичная Б-образная кривая, которая может иметь два или три участка
подрастания трещины [5-9]. Причем наличие первого участка зависит от
способа инициирования трещины [5, 7]. В случае зарождения исходной
усталостной трещины на диаграмме РТП, представленной в координатах
Да — Ь, первый участок присутствовал, что обусловлено сменой механизма
разрушения при переходе от усталостной трещины к трещине ползучести. А
при исследовании РТП непосредственно из надреза определенной геомет
рии трещина развивалась с постоянной скоростью, т.е. по закономерностям
второго участка с преобладанием межзеренного механизма разрушения.
После приложения нагрузки к образцу с трещиной при высокой темпе
ратуре у ее вершины происходят как процессы перераспределения напря
жений (релаксации) и затупления вершины трещины, так и накопления
повреждения в результате ползучести (порообразование, межзеренное рас
трескивание и т.д.) [10, 11].
Напряженно-деформированное состояние у вершины трещины характе
ризуется переходом от маломасштабной ползучести, контролируемой вели
чиной К , к установившейся ползучести, контролируемой модифицирован
*
ным / -интегралом С [12]. Время перехода Ьт определяет, какой из пара
метров К или С доминирует и, следовательно, контролирует процесс
повреждения. Ределем и Райсом [13] при изучении изменения амплитуды
асимптотического поля напряжений у вершины стационарной трещины в
зависимости от времени получено соотношение для Ьт:
К (1 —V 2 )
Ьт = * . (3)
Е( п + 1)С v '
Коэффициент интенсивности напряжений находили по известной зави
симости [14]
Р
К = ----- Я а / Ж ). (4)
В Ж к ’
*
Параметр С характеризует РТП при установившемся состоянии и
определяется по формуле [15]
* Р ¥ п
С = с----------- п( а / Ж ). (5)
В (Ж — а) п +1 (5)
В общем случае скорость смещения по ЛДС при росте трещины со
стоит из компонент упругости, пластичности и ползучести:
V = Уе + у р + г с , (6)
где
V =
е Р Е
(7)
56 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, N 5
Особенности распространения трещин ползучести
(8)
Поскольку размер пластической зоны r = —
6п
K
\ ° 0,2
мал по сравне-
нию с характерными размерами образца, слагаемым ¥ р в уравнении (6)
можно пренебречь.
Следовательно,
аБ
Vc = V -------
c P E (9)
2
При выборе параметра, отвечающего за рост трещин ползучести, боль
шое значение имеет анализ отношения между скоростью накопления дефор
мации у вершины трещины и скоростью роста трещины. Это отношение
характеризуется зависимостью Vc / V .В случае если выполняются условия
V J V < 0,33 (10)
и изменения Vc/ V < 50% при подрастании трещины на 0,5 мм, то скорость
распространения последней соизмерима со скоростью накопления деформа
ции ползучести у вершины трещины, и КИН применяется для корреляции
данных по скорости РТП. Если же текущее время t больше времени
перехода tT и выполняется условие
V J V > 0,5, (11)
то скорость накопления деформации ползучести превышает скорость рас
пространения трещины, и параметр C контролирует РТП.
С целью уменьшения разброса экспериментальных данных по скорости
%
РТП в координатах da / d t — K (или C ) согласно стандарту ASTM E 1457-92
данные, получаемые на первом участке, рекомендуется исключить.
Для определения времени (на рис. 2 кривая 1), в течение которого
скорость РТП уменьшается до выхода на второй участок либо трещина
растет с малой скоростью вследствие постоянного накопления деформаций
ползучести (кривая 2), находят инкубационное время t in [5, 8, 16, 17].
Авторы работ [5, 16] t in определяют как время, за которое трещина
подрастает на величину Да ~ 0,2...0,5 мм, что соответствует разрешающей
способности оборудования и величине подрастания трещины при постро
ении ^-кривых по аналогии с упругопластической механикой разрушения
[5, 16]. В этом случае t in зависит от уровня приложенной нагрузки P, и при
t in > tT существует возможность построения эмпирической зависимости
вида
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2001, № 5 57
В. В. Покровский, В. Н. Ежов, В. Г. Сидяченко
t in = 8
С,
С
п/(п+1)
(12)
где 8 , С а - константы, определяемые из эксперимента на РТП.
(а — а о )* 103 м
*
Рис. 2. Типичные диаграммы подрастания трещин при исследовании РТП.
В работах [8, 17] инкубационное время определено как время подраста
ния трещины на величину “зоны повреждения”, которая обычно прини
мается равной размеру зерна. Анализ времени прорастания трещиной выше
описанной зоны с использованием модели Никбина-Смита-Вебстера (N8^
[18] дал возможность авторам получить нижнюю и верхнюю оценку t in по
характеристикам материала:
Г п + 1— т И Г 1 п ̂ о ̂ Г /(П+1)
С
е *0 ГI , ^ о 1т/(п ,,)
С
+ _ ^01 п о о С I /1/1\
и п = Т 7 • <14)
Однако при t in < ^ зависимости (12)-(14) не корректны, поскольку за
время инкубационного периода у вершины трещины не реализуется условие
~ * установившейся ползучести, и применение С -интеграла неоправданно.
В этом случае корреляция t in осуществляется по К [16]:
С
■'« К Р ’ (15)
где С и р - эмпирические коэффициенты.
58 НБЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
Особенности распространения трещин ползучести
Экспериментальны е результаты и их обсуждение. Диаграммы РТП
исследуемых сплавов, полученные при начальных условиях (К /л, а 0), имели
типичный 8 -образный вид (рис. 3). Анализ данных свидетельствует о нали
чии трех характерных участков подрастания трещины. Для исследуемых
сплавов подрастание трещины от момента нагружения до ее лавинообраз
ного роста при всех выбранных значениях К п составляет примерно 2,5...
...4,5 мм. Первый участок характеризуется временем , при котором про
исходит начальное подрастание трещины на 0,2...0,5 мм. Длительность
участка невелика и составляет 15...20% общего времени до разрушения.
Ус/У 0,8
0,6-
АУ• 103 , м 0,4
0,2-
Аа-103 , м 4
2
0
Ус/У 1,0
0,5
АУ• 103 , м 1,5
1,0
0,5
0,0
Аа-103 , м 4
2
0
А А
0 20 40 60 80 100 120 140 160
а
...А... ’... ............' г” "" 1 А'А а 1
А А А А -
■ 1 • 1 • 1 • I
« щ V ■—
■ 1 > 1 ■
• К. =50 МПа • м1/21П
1 • 1
' а0=20,,0 мм
1000 2000 3000 4000 г, ч
б
Рис. 3. Изменение длины трещины А а, смещения по ЛДС А У и отношения Ус / У в
зависимости от времени нагружения при Т = 973 К сплавов ЭП962 (а) и ЭП742 (б).
Для второго участка характерны постоянная скорость роста трещины и
продолжительность роста, составляющая 50...70% общей долговечности.
Подрастание трещины незначительное и составляет 0,2...0,7 мм.
0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 59
В. В. Покровский, В. Н. Ежов, В. Г. Сидяченко
На третьем участке происходит резкое увеличение скорости роста - от
стабильного, свойственного второму участку, до не контролируемого в конце
третьего участка. Продолжительность участка составляет 20...30% общей
долговечности, и подрастание трещины значительно больше, чем на первых
двух.
Заметим, что характер смещения по ЛДС во многом повторяет вид
диаграммы роста трещины, однако в момент разрушения образца зафикси
ровать смещение не представлялось возможным.
По данным, представленным на рис. 3 и полученным при других
значениях К ы , построены кинетические диаграммы РТП в координатах
йа / & — К и йа / & — С (рис. 4). Значение параметра К определяли по
формуле (4), а С - по формуле (5) с использованием (9). Как видно, в
координатах йа / ск — К (рис. 4,а) для сплава ЭП962 полоса разброса по
скорости РТП составляет примерно 80 раз, а для сплава ЭП742 - 20 раз.
, МПа-м1/2
С *, Вт/м 2
*Рис. 4. Кинетические диаграммы скорости РТП в координатах &а / & — К (а) и &а / & — С (б)
для сплавов ЭП962 (светлые точки) и ЭП742 (темные точки): О, Л - К іп = 30 МПа - м1/2, □,
О - К п = 25 МПа- м1/2, О, □ - Ж = 0,05 м, О, Л - Ж = 0,04 м; ♦ , ▲ - К іп = 50 МПа- м1/2;
■ , ▼ - К п = 45 МПа- м1/2, ♦ , ■ - Ж = 0,05 м, ▲, ▼ - Ж = 0,04 м.
, м/с
а
&а)&і, м/с
60 ІББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
Особенности распространения трещин ползучести
Анализ тех же экспериментальных данных в координатах ёа / & _ С
(рис. 4,б) показывает, что для сплава ЭП962 все точки, расположенные на
втором и третьем участках, удовлетворительно укладываются в полосу раз
броса по скорости РТП, равную примерно 3, в то время как для сплава
ЭП742 такая закономерность не наблюдается. Следует отметить увеличение
* 3 2
разброса при значениях С < 2*10 Вт/м , что связано с повышением
времени перехода 1Т до величины, соизмеримой со временем проведения
эксперимента (рис. 5).
1т ,ч
Рис. 5. Изменение времени перехода гт в зависимости от значений К для сплавов ЭП962 (1)
и ЭП742 (2).
Проверка условий (10) и (11) показала, что для сплава ЭП742 выпол
няется условие (10), для сплава ЭП962 - (11) и, следовательно, представ
ление зависимости скорости РТП правомерно для сплава ЭП742 от пара
*
метра К , а для сплава ЭП742 - от С . Кроме того, для сплава ЭП742
отношение Vс / V > 0,5 только при выходе на третий участок и, значит,
только в этом диапазоне работает параметр С (рис. 3,б). Аналогичные
данные получены в работе [6] для суперсплава 1Ш 00 .
Время 1т определяли по зависимости (3) - рис. 5. Для сплава ЭП742
характерно значение гТ, которое на несколько порядков больше, чем для
сплава ЭП962, во всем диапазоне изменения К п .
Значение параметра , определяемое как инкубационное время, т.е.
время, в течение которого трещина подрастает на 0,2 мм, определяли экспе
риментально и сравнивали с результатами расчета, полученными по форму
лам (13) и (14) - рис. 6 . Видно, что для сплава ЭП742 значения на
несколько порядков больше, чем для сплава ЭП962. Кроме того, для послед
него наблюдается удовлетворительное совпадение данных эксперимента и
расчета, в то время как для сплава ЭП742 при меньших нагрузках и, следо
вательно, больших значениях гп экспериментальные данные в координатах
_ С выходят за полосу прогноза. Это связано с тем, что при малых
НБМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 61
В. В. Покровский, В. Н. Ежов, В. Г. Сидяченко
значениях Р у вершины трещины в течение времени инкубационного
периода не реализуется состояние установившейся ползучести и данные в
❖
координатах — С не отображают реальный процесс накопления повреж
дений. В этом случае существует возможность разработки модели для
прогнозирования по характеристикам материала с учетом реального
напряженного состояния материала у вершины трещины.
, ч
103
102
ю1
^Ю 4 10'3 10'2 10'1 С * , Вт/м2
а
н* о
С , Вт/м 2
Рис. 6. Изменение инкубационного времени ^п в зависимости от параметра С для сплавов
ЭП962 (а) и ЭП742 (б): ■ - расчет по формулам (13), (14); • - данные эксперимента.
В ы в о д ы
1. Результаты исследования скорости РТП при температуре 973 К и
статическом нагружении сплавов ЭП742 и ЭП962, близких по химическому
составу и механическим свойствам и создаваемых для одних и тех же целей,
существенно различаются.
2. На диаграммах зависимостей подрастания трещины и смещения по
линии действия сил от времени действия нагружения имеют место харак
терные три участка во всем диапазоне приложенной нагрузки.
б
62 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
Особенности распространения трещин ползучести
3. Время tT - характеристика перехода от локальной к установившейся
ползучести в вершине трещины для сплава ЭП742 в 1000 и более раз
больше, чем для сплава ЭП962, при равных начальных значениях K in.
4. Вклад ползучести в общее смещение по ЛДС для сплава ЭП962
составляет 50...60%, для ЭП742 - 30%, поэтому для сплава ЭП962 разброс
экспериментальных данных на кинетической диаграмме РТП в координатах
*
da / d t — C меньше.
5. Начало роста трещин ползучести для сплава ЭП962 наблюдалось при
1 /2минимальном значении K in = 20 МПа -м , для сплава ЭП742 - при
1/2K in = 40 МПа- м , что составляет 25 и 35% от K Ic соответственно.
Р е з ю м е
На стандартних зразках зі сплавів ЕП742 і ЕП962 досліджено швидкість
росту тріщин повзучості при температурі 973 K та статичному наванта
женні. Показано, що близькі за хімічним складом та механічними власти
востями сплави мають різні характеристики опору поширенню тріщин повзу
чості.
1. M a ll S., S taubs E. A., a n d N icho las T. Investigation of creep/fatigue
interaction on crack growth in a titanium aluminide alloy // J. Eng. Mater.
Techn. - 1990. - 112. - P. 435 - 441.
2. П окровский В. В., Трощ енко В. Т., Ц ейт лин В. И. и др. К оценке ресурса
дисков АГТД на стадии развития усталостных трещин. Сообщ. 2 //
Пробл. прочности. - 1994. - № 12. - С. 3 - 16.
3. С алт ы ков С. А . Стереометрическая металлография. - М.: Металлургия,
1976. - 271 с.
4. П окровский В. В., Трощ енко В. Т., Ц ейт лин В. И. и др. К оценке ресурса
дисков АГТД на стадии развития усталостных трещин. Сообщ. 1 //
Пробл. прочности. - 1994. - № 11. - С. 14 - 20.
5. S c h w a lb e K .-H ., A in s w o r th R . H ., S a x e n a A ., a n d Y o k o b o r i T.
Recommendation for a modification of ASTM E1457 to include creep-brittle
materials // Eng. Fract. Mech. - 1999. - 62. - P. 123 - 142.
6. Tabuchi M ., K ubo K., Yagi K., e t al. Results of a Japanese round robin on
creep crack growth evaluation methods for Ni-base superalloys // Ibid.
- P. 47 - 60.
7. F u ji A., Tabuchi M ., Yokobori A. T., e t al. Influence of notch shape and
geometry during creep crack growth testing o f T i-A l intermetallic
compounds // Ibid. - P. 23 - 32.
8. A ustin T. S. P. a n d W ebster G. A . Prediction of creep crack growth
incubation periods // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. - 1992. - 15. -
P. 1081 - 1090.
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2001, № 5 63
В. В. Покровский, В. П. Ежов, В. Г. Сидяченко
9. K w on O., N ikb in K. M ., W ebster G. A., a n d Ja ta K. V. Crack growth in the
presence of limited creep deformation // Eng. Fract. Mech. - 1999. - 62. -
P. 33 - 46.
10. Тайра С., О т ани P. Теория высокотемпературной прочности матери
алов: Пер. с япон. / Под. ред. В. В. Киреева. - М.: Металлургия, 1986. -
280 с.
11. В айнш т ок В. А., Б аум ш т ейн М . В., М аковецкая И. А. и др. Связь
кинетических диаграмм роста трещин ползучести теплостойких сталей
с механизмами разрушения. Сообщ. 2 // Пробл. прочности. - 1989. -
№ 5. - C. 22 - 25.
12. L andes J. D. a n d B eg ley J. A . A fracture mechanics approach to creep crack
growth // ASTM STP 590, Mechanics of Crack Growth. - 1976. - P. 128 -
148.
13. R ied e l H. a n d R ice J. R . Tensile cracks in creeping solids // Fracture
Mechanics: Twelfth Conf., ASTM STP 700. - 1980. - P. 152 - 163.
14. S tress Intensity Factors Handbook: In 2 volumes. Vol. 1 / Ed. Y. Murakami.
- New York: Pergamon Press, 1987. - 448 p.
15. Saxena A. a n d Landes J. D . Characterization of creep crack growth in metals
// Proc. ICF6, New Delhi, 1984. - P. 3977 - 3987.
16. В айнш т ок В. А., Б аум ш т ейн М . В., М аковецкая И. А., М анъко В. Д .
Кинетика и механизмы роста трещин ползучести в жаропрочной стали
// Пробл. прочности. - 1985. - № 6. - С. 6 - 10.
17. P iques R., M o lin ie E., a n d P ineau A . Comparison between two assessment
methods for defects in the creep range // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. -
1991. - 14. - P. 871 - 885.
18. N ikb in K. M ., Sm ith D. J., a n d W ebster G. A . Prediction of creep crack
growth from uniaxial creep data // Proc. Royal Soc. of London. - 1984. -
A396. - P. 183 - 197.
Поступила 08. 06. 2001
64 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2001, № 5
|