Влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва
Расчетным методом исследована кинетика напряженно-деформированного состояния при сварке монокристалла никелевого сплава с учетом анизотропии его теплофизических и механических свойств. Показано, что анизотропия свойств монокристалла способствует росту темпа пластических деформаций в температурном ин...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147467 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва / К.А. Ющенко, Е.А. Великоиваненко, Н.О. Червяков, Г.Ф. Розынка, Н.И. Пивторак // Автоматическая сварка. — 2016. — № 10 (757). — С. 3-9. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-147467 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Ющенко, К.А. Великоиваненко, Е.А. Червяков, Н.О. Розынка, Г.Ф. Пивторак, Н.И. 2019-02-14T19:23:40Z 2019-02-14T19:23:40Z 2016 Влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва / К.А. Ющенко, Е.А. Великоиваненко, Н.О. Червяков, Г.Ф. Розынка, Н.И. Пивторак // Автоматическая сварка. — 2016. — № 10 (757). — С. 3-9. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.10.01 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147467 621.791:669.24 Расчетным методом исследована кинетика напряженно-деформированного состояния при сварке монокристалла никелевого сплава с учетом анизотропии его теплофизических и механических свойств. Показано, что анизотропия свойств монокристалла способствует росту темпа пластических деформаций в температурном интервале ТИ Х-II по сравнению с изотропным сплавом такого типа (имеющим поликристаллическое строение). В температурном интервале ТИ Х-II темпы роста продольных пластических деформаций в монокристалле могут примерно в 2,0…2,5 раза превышать таковые в поликристаллическом варианте сплава, что следует учитывать при разработке соответствующих конструкций и технологии их изготовления. A calculation method was used for investigation of the kinetics of stress-strain state in welding of nickel alloy single crystal taking into account anisotropy of its thermophysical and mechanical properties. It is shown that anisotropy of the properties of single crystal promotes for growth of a rate of plastic deformations in temperature interval BTI-II in comparison with isotropic alloy of such type (having polycrystalline structure). The rate of growth of longitudinal plastic deformations in the single crystal in BTI-II temperature interval can approximately 2.0–2.5 times exceed that in the polycrystalline variant of alloy. This should be taken into account in development of corresponding structures and technology of their manufacture. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва Effect of anisotropy of properties of nickel alloy on stresses and plastic deformations in weld zone Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва |
| spellingShingle |
Влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва Ющенко, К.А. Великоиваненко, Е.А. Червяков, Н.О. Розынка, Г.Ф. Пивторак, Н.И. Научно-технический раздел |
| title_short |
Влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва |
| title_full |
Влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва |
| title_fullStr |
Влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва |
| title_full_unstemmed |
Влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва |
| title_sort |
влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва |
| author |
Ющенко, К.А. Великоиваненко, Е.А. Червяков, Н.О. Розынка, Г.Ф. Пивторак, Н.И. |
| author_facet |
Ющенко, К.А. Великоиваненко, Е.А. Червяков, Н.О. Розынка, Г.Ф. Пивторак, Н.И. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Effect of anisotropy of properties of nickel alloy on stresses and plastic deformations in weld zone |
| description |
Расчетным методом исследована кинетика напряженно-деформированного состояния при сварке монокристалла никелевого сплава с учетом анизотропии его теплофизических и механических свойств. Показано, что анизотропия свойств монокристалла способствует росту темпа пластических деформаций в температурном интервале ТИ Х-II по сравнению с изотропным сплавом такого типа (имеющим поликристаллическое строение). В температурном интервале ТИ Х-II темпы роста продольных пластических деформаций в монокристалле могут примерно в 2,0…2,5 раза превышать таковые в поликристаллическом варианте сплава, что следует учитывать при разработке соответствующих конструкций и технологии их изготовления.
A calculation method was used for investigation of the kinetics of stress-strain state in welding of nickel alloy single crystal taking into account anisotropy of its thermophysical and mechanical properties. It is shown that anisotropy of the properties of single crystal promotes for growth of a rate of plastic deformations in temperature interval BTI-II in comparison with isotropic alloy of such type (having polycrystalline structure). The rate of growth of longitudinal plastic deformations in the single crystal in BTI-II temperature interval can approximately 2.0–2.5 times exceed that in the polycrystalline variant of alloy. This should be taken into account in development of corresponding structures and technology of their manufacture.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147467 |
| citation_txt |
Влияние анизотропии свойств никелевого сплава на напряжения и пластические деформации в зоне сварного шва / К.А. Ющенко, Е.А. Великоиваненко, Н.О. Червяков, Г.Ф. Розынка, Н.И. Пивторак // Автоматическая сварка. — 2016. — № 10 (757). — С. 3-9. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT ûŝenkoka vliânieanizotropiisvoistvnikelevogosplavananaprâženiâiplastičeskiedeformaciivzonesvarnogošva AT velikoivanenkoea vliânieanizotropiisvoistvnikelevogosplavananaprâženiâiplastičeskiedeformaciivzonesvarnogošva AT červâkovno vliânieanizotropiisvoistvnikelevogosplavananaprâženiâiplastičeskiedeformaciivzonesvarnogošva AT rozynkagf vliânieanizotropiisvoistvnikelevogosplavananaprâženiâiplastičeskiedeformaciivzonesvarnogošva AT pivtorakni vliânieanizotropiisvoistvnikelevogosplavananaprâženiâiplastičeskiedeformaciivzonesvarnogošva AT ûŝenkoka effectofanisotropyofpropertiesofnickelalloyonstressesandplasticdeformationsinweldzone AT velikoivanenkoea effectofanisotropyofpropertiesofnickelalloyonstressesandplasticdeformationsinweldzone AT červâkovno effectofanisotropyofpropertiesofnickelalloyonstressesandplasticdeformationsinweldzone AT rozynkagf effectofanisotropyofpropertiesofnickelalloyonstressesandplasticdeformationsinweldzone AT pivtorakni effectofanisotropyofpropertiesofnickelalloyonstressesandplasticdeformationsinweldzone |
| first_indexed |
2025-11-26T13:22:08Z |
| last_indexed |
2025-11-26T13:22:08Z |
| _version_ |
1850624605919641600 |
| fulltext |
Т С Р
3I ВТ Т С СВ Р
УДк 621.791:669.24
ВлИяНИе АНИЗОТРОПИИ СВО СТВ НИкелеВОГО СПлАВА
НА НАПРяжеНИя И ПлАСТИчеСкИе
ДефОРмАцИИ В ЗОНе СВАРНОГО ВА
К. А. ЮЩЕНКО, Е. А. ВЕЛИКОИВАНЕНКО, Н. О. ЧЕРВЯКОВ, Г. Ф. РОЗЫНКА, Н. И. ПИВТОРАК
ИЭС им. е. О. Патона НАН Украины. 036 0, г. киев-150, ул. казимира малевича, 11. -m i : o ce p ton. ie .u
Расчетным методом исследована кинетика напряженно-деформированного состояния при сварке монокристалла нике-
левого сплава с учетом анизотропии его теплофизических и механических свойств. Показано, что анизотропия свойств
монокристалла способствует росту темпа пластических деформаций в температурном интервале ТИх-II по сравнению
с изотропным сплавом такого типа (имеющим поликристаллическое строение). В температурном интервале ТИх-II
темпы роста продольных пластических деформаций в монокристалле могут примерно в 2,0 2,5 раза превышать тако-
вые в поликристаллическом варианте сплава, что следует учитывать при разработке соответствующих конструкций и
технологии их изготовления. Библиогр. 9, табл. 3, рис. 7.
К л е в е л в а а е а и е е делир вание на р енн де р ир ванн е ние н ри алл
ни елев е лав ани р и в в
Непрерывный прогресс в технологии сварки
различных материалов существенно расширяет
области применения новых технологий. В по-
следнее время актуальным становится вопрос
сварки элементов конструкций из материалов с
монокристаллической структурой. Известно, что
монокристаллы характеризуются определенной
анизотропией свойств как теплофизических, так и
механических 1 . естественно, что в зависимости
от углов между направлением сварки и основны-
ми кристаллографическими направлениями в сва-
риваемом монокристалле можно ожидать различ-
ную реакцию материала на тепловое воздействие
процесса сварки, т.е. получать отличающуюся ки-
нетику температурных полей и, соответственно,
напряжений и деформаций. Поскольку известно,
что сопротивление различным видам разрушения
для монокристаллов также определяется степе-
нью анизотропии свойств, то для разработки эф-
фективных методов предупреждения образования
трещин при сварке монокристаллов необходимо
иметь достаточно четкие представления по кине-
тике сварочных напряжений и деформаций с уче-
том анизотропии теплофизических и механиче-
ских свойств. Пока известно очень немного в этом
направлении, поскольку соответствующие экспе-
риментальные исследования требуют больших за-
трат материальных средств и времени. естествен-
ным в этой связи является привлечение для этих
целей современных расчетных компьютерных
методов реализации соответствующих математи-
ческих моделей 2–4 и др.
В связи с этим, целью данной работы было
расчетное исследование кинетики напряженно-де-
формированного состояния при сварке монокри-
сталла никелевого сплава с учетом анизотропии
его теплофизических и механических свойств.
к сожалению, использование коммерческих
пакетов компьютерных программ типа ns s либо
swe связано с достаточно серьезной доработ-
кой для учета анизотропии свойств, что требует
привлечения соответствующих фирменных разра-
ботчиков этих пакетов. В ИЭС им. е. О. Патона
НАНУ для решения задач по термомеханике свар-
ки материалов уже много лет назад разработан па-
кет компьютерных программ «We pre ictions», в
котором используются те же математические мо-
дели, что и в указанных выше коммерческих паке-
тах. Несмотря на то, что пакет «We pre ictions»
менее оснащен сервисными программами, его
разработчики в настоящее время работают в ИЭС
им. е. О. Патона НАНУ, поэтому необходимые до-
полнения и уточнения математических моделей,
расчетных алгоритмов и компьютерных программ
для выполнения численных исследований были
выполнены ими в достаточно короткие сроки.
Сущность основных дополнений, связанных с
учетом анизотропии указанных выше теплофизи-
ческих и механических свойств применительно к
монокристаллу никелевого сплава:
коэффициент теплопроводности n, определяю-
щий компоненты вектора теплового потока
,n n
Tf n
∂= λ ∂
(n = x, y, z) (1)
в произвольной точке x, y, z теплопроводящей сре-
ды, согласно 1 является тензором второго ранга,
у которого только диагональные элементы отлича-
ются от нуля
к. А. щенко, е. А. Великоиваненко, Н. О. червяков, Г. ф. Розынка, Н. И. Пивторак, 2016
Т С Р
4 I ВТ Т С СВ Р
0 0
0 0
0 0
ï
xx
yy
zz
λ
λ = λ
λ
(2)
(в соответствии с теорией теплопроводности фу-
рье).
По 1 у такого тензора сумма
xx yy zz 3 ср, (3)
где ñð
λ — среднее значение коэффициента тепло-
проводности.
Для монокристалла с характерной кубической
решеткой характерными кристаллографическими
направлениями (рис. 1) являются: 001 — вдоль
граней 011 — вдоль малых диагоналей и 111
— вдоль больших диагоналей.
если система координат x, y, z совпадает с на-
правлениями 001 , то xx yy zz ср 001.
если ось x с направлением 011 образует угол
, а ось z совпадает с направлением 001 , то
001, а xx и yy определяются зависимостями
( )2 2
011 001 011cos 2 sin ,xx = + −λ λ ω λ λ ω (4)
2
001 001 0112 2 cos cos2 .yy xx= − = −λ λ λ λ ω λ ω
если ось x составляет с направлением 111
угол , а плоскость xOy проходит через две малые
диагонали и ребра куба, то zz 3 ср – 001 – 011 =
2 001 – 011 и соответственно
( )
( )
( )
2
111
2
001 001 011 111
2 2
111 001 011 111
cos
3 2 sin
cos sin .
xx = +
+ − + − =
= + + −
λ ρ λ ρ
λ λ λ λ ρ
λ ρ λ λ λ ρ
(5)
Возможны и более общие положения оси (ось
движения источника сварочного нагрева) относи-
тельно основных кристаллографических плоско-
стей (направлений). Однако для простоты ограни-
чимся вариантом (4).
Рис. 1. Основные кристаллографические направления в мо-
нокристалле с кубической решеткой
Рис. 2. Температурное поле вблизи сварочной ванны: а — при 0 (ширина ванны 2, 5 мм, длина 9,4 мм) — /4 (ши-
рина ванны 2,55 мм, длина 7,7 мм) в — /2 (ширина ванны 2,35 мм, длина 6,4 мм)
Т С Р
5I ВТ Т С СВ Р
Уже при этом можно показать, что ортотропия
величины по (4) может привести к заметным эф-
фектам в температурных полях. Указанное демон-
стрируется ниже на примере сварочного нагрева
движущимся источником тепла (дуга в среде ар-
гона, I 95 А, U 10,5 В, vсв ,5 м/ч) тонкой
пластинки из монокристалла никелевого сплава.
Средние теплофизические свойства (c , , ) и ме-
ханические (E, т), используемые в расчетах, при-
ведены в табл. 1. Размеры пластины Lx 5 мм,
L 40 мм, 3 мм.
На рис. 2 приведены температурные поля вбли-
зи движущейся вдоль оси x сварочной ванны в
зависимости от угла 0... /2 при условии, что
011 1,5 ср. Скалярная величина c принималась
постоянной и равной c ср(T) по табл. 1.
Из этих данных хорошо видно, что при указан-
ной анизотропии величины температурные поля
могут заметно отличаться в зависимости от углов
между направлением сварки и кристаллографиче-
скими направлениями монокристалла.
Для варианта /4, когда xx yy zz ср
расчетные результаты хорошо согласуются с экс-
периментальными данными (T) и c (T) по табл. 1
при нормально-об емном распределении эффек-
тивной мощности источника, когда коэффициент
полезного действия и 0,6, а коэффициенты со-
средоточенности источника Ky = Kx 0,25 мм–2,
Kz 0, мм–2.
Важно сравнительно оценить влияние рассма-
триваемой анизотропии по на кинетику дефор-
маций и напряжений в характерных точках, кри-
тичных с позиций технологической прочности. С
этой точки зрения, применительно к никелевым
сплавам, критичными являются точки вблизи ли-
нии сплавления по риску образования поперечных
горячих трещин в соответствующем температур-
ном интервале хрупкости ТИх сплава 5 . Оцен-
ка свариваемости данного сплава по методике
V restr int-Test показала, что материал имеет два
ТИх:
ТИх-I 1350...1250 С, кр 0,3
ТИх-II 1050... 00 С, кр 0,10 .
Положительные приращения пластических де-
формаций выше кр при растягивающих нормаль-
ных напряжениях в соответствующем направле-
нии будут способствовать образованию трещин.
Выполненные расчеты с помощью пакета
«We pre ictions» для точек, расположенных на
границе от зоны сплавления y –0,5 мм (точка
1), y 0,5 мм (точка 2) и y 1,5 мм (точка 3)
(рис. 3) при различных 0... /2 показали сте-
пень влияния рассматриваемой анизотропии по
на кинетику изменений соответствующих пласти-
ческих деформаций p
xxε и напряжений xx в точках
1...3 в зависимости от температуры в этих точках.
На рис. 4 и 5 показаны такие результаты для
точки 2, а в табл. 2 приведены приращения p
xx∆ε и
пределы изменения напряжений xx в ТИх-II для
всех рассмотренных точек 1–3.
Видно, что анизотропия по , соответствующая
0 и /2, по сравнению с /4, когда ани-
зотропия не проявляется, приводит к заметному
изменению темпов нарастания пластических де-
формаций в ТИх-II.
Возможная анизотропия коэффициента от-
носительного температурного удлинения по
Т а б л и ц а 1 . Средние теплофизические и механические характеристики исследуемого сплава
T, оC cγ, кал/(мм3· о ) λ, кал/(мм с о ) E 10-5, мПа σт, мПа α 104, 1/оC
50 0,000 063 0,001 1, 3 930,0 0,110
100 0,0007797 0,0019 1, 3 930,0 0,114
200 0,000 506 0,0023 1, 3 75,0 0,122
300 0,000 417 0,0024 1, 3 75,0 0,140
400 0,000 594 0,0027 1, 3 25,0 0,143
500 0,000 6 3 0,0030 1, 3 00,0 0,150
600 0,000 771 0,0036 1, 3 00,0 0,162
700 0,000 949 0,0036 1, 3 00,0 0,1 5
00 0,0009746 0,0041 1, 3 790,0 0,240
900 0,0010366 0,0044 1, 3 650,0 0,310
1000 0,0010 9 0,004 1,5 5 375,0 0,3 0
1100 0,001213 0,0055 0,529 125,0 0,410
1200 0,001213 0,0055 0,271 25,0 0,390
Рис. 3. Расположение исследуемых точек на образце (Bx —
длина образца, Bу — ширина образца, 1 — точка в шве на
расстоянии –0,5 мм от линии сплавления, — точка в
ЗТВ на расстоянии соответственно 0,5 и 1,5 мм от линии
сплавления)
Т С Р
6 I ВТ Т С СВ Р
сравнению с ср из табл. 1 также может оказать
определенное влияние на темп пластических де-
формаций в зоне ТИх.
Поскольку величина определяет компоненты
вектора нормальных температурных деформаций
в монокристалле, то по аналогии с коэффициен-
том теплопроводности для описания его анизотро-
Рис. 4. кинетика изменения пластических деформаций: а — p
xxε , — p
yyε , в — p
xyε от температуры в точке 2 ( y 0,5 мм) с
учетом анизотропии по для различных
Т а б л и ц а 2 . Сравнение деформаций p
xxε и напряжений σxx в ТИХ-II (1050...800) С
характеристика варианта
Точка 1 (∆y –0,5 мм) Точка 2 (∆y 0,5 мм) Точка 3 (∆y 1,5 мм)
p
xx∆ε , x x , мПа p
xx∆ε , x x , мПа p
xx∆ε , x x , мПа
Основной. Полная изотропия 0, 100...900 0,9 100...900 1,7 -200... 50
Анизотропия по
0 1,7 100... 00 1,5 100...900 1, -200... 00
/4 0, 100...900 0,9 100...900 1,7 -200... 50
/2 0,4 100...900 0,6 100...900 1,4 -200... 00
Анизотропия по
0 1,5 1 0...900 2,0 150...900 2,5 -200... 0
/4 0, 1 0...900 0,9 150...900 1,7 -200... 50
/2 0,3 1 0...900 0,3 150...900 1,0 -200... 00
Анизотропия по
0 0,2 100... 50 0,4 200... 50 1,3 -200... 00
/ 0,5 1 0... 50 0,7 1 0... 50 1,4 -200... 00
/4 0, 1 0...900 0,9 200...900 1,7 -200... 00
Анизотропия по т
0 1,0 100...1000 1,4 100...1000 1,5 -200...1000
/ 0,9 100...1000 1,3 100...1000 1,4 -200...1000
/4 0, 100...1000 0,9 100...1000 1,7 -200...1000
Анизотропия по , , , т
0 2,0 200...1000 2,5 200...1000 2,5 -200...1000
/ 1,6 200...1000 3,5 200...1000 4,0 0...1000
/4 0, 200...1000 0,9 200...1000 1,7 -250...1000
Т С Р
7I ВТ Т С СВ Р
пических изменений можно использовать зависи-
мость (4).
Приведенные в табл. 2 данные демонстриру-
ют влияние угла при 011 0011,5α = α и 001 ñð
α = α по
табл. 1. Видно, что анизотропия по аналогично
анизотропии по приводит качественно к анало-
гичному влиянию на темпы деформаций p
xx∆ε в
ТИх-II.
Таким образом, анизотропия по и в моно-
кристалле в зависимости от угла создает опре-
деленную ортотропию в математическом опи-
сании температурного поля и температурных
деформаций с периодичностью по углам и в
/2. Несколько иное влияние может быть связано
с анизотропией механических характеристик (мо-
дуля упругости E и предела текучести т).
Т а б л и ц а 3 . Значения модуля Юнга и характеристик
кратковременной прочности сплава ЖС-32 [6]
T, к E, ГПа 0,2, мПа в, мПа
293
001 112 1005 1315
011 174 20 -
111 272 1330 1650
1073
001 97 1045 1310
011 161 15 -
111 247 1145 1295
1173
001 2 65 1035
011 144 795 -
111 222 990 1025
1273
001 76 620 755
011 121 535 -
111 214 650 735
Рис. 5. кинетика изменения напряжений: а — xx, — yy, в — xy от температуры в точке 2 ( 0,5 мм) с учетом анизотро-
пии по для различных
Рис. 6. Зависимость модуля упругости E от углов и в мо-
нокристалле никелевого сплава PW 14 0 по данным 5 при
T 20
Т С Р
8 I ВТ Т С СВ Р
В табл. 3 и на рис. 6 приведены эксперимен-
тальные данные относительно величины модуля
упругости E(T) монокристаллов никелевых спла-
вов по различным источникам, из которых видно,
что по этой характеристике имеет место достаточ-
но заметная анизотропия с периодом /4 по и
по .
Результаты использования этих данных в рас-
сматриваемой расчетной модели при 0 и раз-
личных приведены в табл. 2, из которых сле-
дует, что по сравнению с состоянием /4
(изотропное состояние) уменьшение приводит к
росту E и соответственно к росту темпа пластиче-
ских деформаций в зоне ТИх-II.
Экспериментальные данные из работы 6
относительно анизотропии предела текучести
0,2 т(T) на рис. 7 для монокристалла сплава
PW 14 0 показывают, что анизотропия достаточ-
но значительная в различных плоскостях дефор-
мирования. Однако ее учет на основе условия те-
кучести мизеса не представляется возможным,
поскольку в этом условии пластическое течение
происходит в элементарном об еме без уточнения
плоскости течения. Для учета плоскости пласти-
ческого течения более приемлемым является ус-
ловие текучести Треска, для которого поверхность
текучести можно представить через функционал f
3, 7 :
( )2
2
m
,
,3
òf
σ Θ ρ
= τ −
(6)
где 4
πΘ = − ω .
максимальные касательные напряжения m
определяются в виде
( )
( )
2
2
m 2
2
1 42
m
1 44 4
xx yy xy
xx yy
xx yy xy
σ − σ + στ = σ + σ + σ − σ + σ
(7)
и действуют в плоскости скольжения, положение
которой определяется условием:
если
0,
2
xx yy+
= >
σ σ
σ
то плоскость скольжения расположена под углом
/4 к оси z и под углом к оси x, где определя-
ется условием
2
2 .xy
xx yy
tg
σ
ϕ = σ − σ
( )
если 0, то плоскость скольжения парал-
лельна оси z и под углом /4 к оси x.
Соответствующие расчеты при исходных дан-
ных по рис. 7 и условии (6)–( ) были выполнены в
рамках данной работы.
Приведенные в табл. 2 данные демонстриру-
ют степень указанного влияния анизотропии т
на темпы пластических деформаций p
xx∆ε в зоне
ТИх-II.
Рис. 7. Предел текучести сплава PW 14 0 в сечениях 001
(а) и 111 ( ) при различных размерах -фазы в зависимости
от температуры (а, ) и предел текучести при растяжении и
сжатии для 593 в зависимости от угла ( / 4)Θ = π − ω при
0 (в) 5 (1 — растягивающая нагрузка –—сжимающая)
Т С Р
9I ВТ Т С СВ Р
Таким образом, рассмотрено влияние ани-
зотропии каждого из перечисленных параметров
, , E и т на кинетику пластических деформа-
ций в зоне ТИх-II. Рассматривался также вариант
учета одновременного влияния анизотропии всех
этих параметров (табл. 2).
Видно, что в этом случае не исключается на-
ложение влияния отдельных параметров, что обу-
словливает заметное повышение темпа пластиче-
ских деформаций в ТИх-II.
Заключение
При сварочном нагреве изделий (пластин) из жа-
ропрочных никелевых сплавов типа жС-32, име-
ющих монокристаллическую структуру, одной из
существенных технологических проблем является
предупреждение образования горячих трещин в
температурном интервале хрупкости.
Имеющийся опыт сварки аналогичных деталей
из поликристаллического сплава подобного типа
9 и др. показывает, что основной причиной воз-
никновения указанных дефектов при сварке плав-
лением таких сплавов является наличие ТИх-II в
зоне относительно невысоких температур и свя-
занные со сварочным нагревом термодеформа-
ционные циклы, создающие в ТИх-II достаточно
высокие темпы развития пластических деформа-
ций. Известно, что монокристаллы жаропрочных
сплавов могут характеризоваться рядом более
высоких свойств по сравнению с аналогичными
сплавами поликристаллического строения.
Выполненное в данной работе исследование
показывает, что анизотропия свойств монокри-
сталла способствует росту темпа пластических
деформаций в температурном интервале ТИх-II
по сравнению с изотропным сплавом такого типа
(имеющим поликристаллическое строение).
В температурном интервале ТИх-II темпы ро-
ста продольных пластических деформаций в мо-
нокристалле могут примерно в 2,0...2,5 раза пре-
вышать таковые в поликристаллическом варианте
сплава, что следует, несомненно, учитывать при
разработке соответствующих конструкций и тех-
нологии их изготовления.
1. Ашкенази е. к. Анизотропия конструкционных материа-
лов / е. к. Ашкенази, Э. В. Ганов / Справочник. – л.: ма-
шиностроение, 1972. – 216 с.
2. st is ment o omput tion We in Mec nics / . e ,
. Mur w , . c o et . // Tr ns. o WRI. – 1995.
– Vo 24, 2. – P. 73– 6.
3. махненко В. И. Расчетные методы исследования кинети-
ки сварочных напряжений и деформаций / В. И. махнен-
ко. – к.: Наукова думка, 1976. – 320 с.
4. M nen o V. I. umeric Met o s o t e Pre ictions o
We in tresses n istortions / V. I. M nen o, . .
Ve i oi nen o, V. . Poc ino // We in n ur cin
Re iews. – 1999. – Vo . 13, Pt 1. – 147 p.
5. o sc mi t . in rist ine stur inensc u e n us
ic е sis- e ierun en / . o sc mi t // M teri -wissensc t
un Wer sto tec ni . – 1994. – Vo . 25. – P. 373–3 2.
6. Голубовский е. Р. Статическая и циклическая прочность
монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов / е. Р.
Голубовский, И. л. Светлов // Динам ка, м цн сть ресурс
машин та конструкц й: тези допов. м жнар. наук.-техн.
конф. (1–4 лист. 2005 р.) / В д. ред. В. Т. Трощенко: в 2 т. –
к.: н-т проблем м цност м. Г. С. Писаренка НАН Укра -
ни. – Т. 1. – . 96–97.
7. Работнов . Н. Сопротивление материалов / . Н. Ра-
ботнов. – м.: физматгиз, 1963. – 456 с.
. Биргер И. А. Сопротивление материалов / И. А. Биргер,
Р. Р. мавлютов. – Учебное пособие. – м.: Наука, Гл. ред.
физ.-мат. лит., 19 6. – 560 с.
9. Влияние физических характеристик литых никелевых
сплавов на развитие термодеформационных процессов
при сварке плавлением / В. И. махненко, В. С. Савченко,
к. А. щенко и др. // Автоматическая сварка. – 1993. –
11. – . 6–9.
Поступила в редакцию 23.05.2016
|