Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава ВНС-25
Исследована глубина зоны пластической деформации в вершине усталостной трещины в сплаве ВНС-25 (03Х12Н10МТ), испытанном на циклическую трещиностойкость в условиях симметричного растяжения-сжатия с частотой 20, 170, 600 Гц и 3, 10 кГц. Показано, что повышение частоты нагружения приводит к уменьшен...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2002
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46746 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава ВНС-25 / Т.Ю. Яковлева, Л.Е. Матохнюк // Проблемы прочности. — 2002. — № 2. — С. 62-65. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859589552191045632 |
|---|---|
| author | Яковлева, Т.Ю. Матохнюк, Л.Е. |
| author_facet | Яковлева, Т.Ю. Матохнюк, Л.Е. |
| citation_txt | Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава ВНС-25 / Т.Ю. Яковлева, Л.Е. Матохнюк // Проблемы прочности. — 2002. — № 2. — С. 62-65. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Исследована глубина зоны пластической деформации в вершине усталостной трещины в
сплаве ВНС-25 (03Х12Н10МТ), испытанном на циклическую трещиностойкость в условиях
симметричного растяжения-сжатия с частотой 20, 170, 600 Гц и 3, 10 кГц. Показано, что
повышение частоты нагружения приводит к уменьшению скорости роста усталостной
трещины и глубины зоны пластической деформации под поверхностью разрушения при
одинаковых значениях коэффициента интенсивности напряжений. Вместе с тем зависимость
глубины зоны пластической деформации от скорости роста трещины инвариантна
к частоте нагружения.
Досліджено глибину зони пластичної деформації у вістрі тріщини від
утомленості у сплаві ВНС-25 (03Х12Н10МТ), який випробовували на
циклічну тріщиностійкість при симетричному розтязі-стиску з частотою 20,
170, 600 Гц і 3, 10 кГц. Показано, що підвищення частоти навантажування
приводить до зниження швидкості росту тріщини від утомленості та зменшення
глибини зони пластичної деформації під поверхнею руйнування за
умови однакових значень коефіцієнта інтенсивності напружень. Разом із
тим залежність глибини зони пластичної деформації від швидкості росту
тріщини інваріантна до частоти навантажування.
We investigate the depth of the plastic deformation
zone at the tip of a fatigue crack in the
VNS-25 alloy (03Kh12N10MT) tested for cyclic
crack growth resistance under symmetric
tension-compression loading with frequencies
of 20, 170, 600 Hz and 3, 10 kHz. We demonstrate
that an increase in the loading frequency
causes deceleration of fatigue crack propagation
and is responsible for a decrease in the
depth of the plastic deformation zone under the
fracture surface at equal values of the stress intensity
factor. At the same time, dependence of
the plastic deformation zone depth on the crack
growth rate is invariant with respect to the loading
frequency.
|
| first_indexed | 2025-11-27T13:43:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.4
Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны
пластической деформации сплава ВНС-25
Т. Ю . Я ковлева, Л. Е. М атохнюк
Институт проблем прочности НАН Украины, Киев, Украина
Исследована глубина зоны пластической деформации в вершине усталостной трещины в
сплаве ВНС-25 (03Х12Н10МТ), испытанном на циклическую трещиностойкость в условиях
симметричного растяжения-сжатия с частотой 20, 170, 600 Гц и 3, 10 кГц. Показано, что
повышение частоты нагружения приводит к уменьшению скорости роста усталостной
трещины и глубины зоны пластической деформации под поверхностью разрушения при
одинаковых значениях коэффициента интенсивности напряжений. Вместе с тем зави
симость глубины зоны пластической деформации от скорости роста трещины инвари
антна к частоте нагружения.
К лю чевы е слова : усталостная трещина, зона пластической деформации,
частота нагружения, скорость развития трещины.
Введение. Развитие усталостной трещины обусловлено возникновени
ем в ее вершине зоны пластической деформации. Размер зоны зависит от
вида материала, его структуры, напряженного состояния, а также механизма
разрушения материала [1]. Поэтому исследование зоны пластической дефор
мации имеет большое значение для описания и разработки моделей уста
лостного разрушения.
В работах Ирвина, Дагдайла, Екобори, а также в исследованиях, прово
димых в течение последних лет, анализу формы и размеров зоны пласти
ческой деформации в вершине усталостной трещины уделялось достаточно
много внимания. В качестве параметров, влияющих на геометрию и размеры
зоны пластической деформации, рассматривают величину коэффициента
интенсивности напряжений [2], длину трещины [3], толщину образцов [4],
температуру [5], значение коэффициента асимметрии цикла нагружения [4],
свойства окружающей среды [6]. Указанные параметры относятся к наи
более важным характеристикам условий циклического нагружения, однако
среди них отсутствует не менее существенный - скорость циклического
нагружения. Авторами настоящей работы проведены исследования по влия
нию частоты циклического деформирования на глубину зоны пластической
деформации под поверхностью разрушения образцов из сплава ВНС-25.
М атериалы и методики исследования. Сплав ВНС-25 (03Х12Н10МТ)
относится к нержавеющим мартенситностареющим сталям, основными ле
гирующими элементами которого являются никель и хром [7].
Заготовки для образцов, испытуемых на циклическую трещиностой
кость, вырезали из листового проката толщиной 35 мм таким образом, чтобы
направление прокатки совпадало с продольной осью образца. Для испы
таний при всех частотах нагружения использовали образцы с прямоуголь
ным поперечным сечением рабочей части размером 24 X 6 мм и центральной
© Т. Ю. ЯКОВЛЕВА, Л. Е. МАТОХНЮК, 2002
62 Й'ОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2002, N 2
Влияние скорости циклического нагружения
начальной трещиной. Геометрия образцов обеспечивала распространение
усталостной трещины в условиях плоской деформации.
Испытания образцов проводили при симметричных циклах осевого
растяжения-сжатия с частотой 20, 170, 600 Гц и 3, 10 кГц. Частота 20 Гц
обеспечивалась электрогидравлической машиной, 170 Гц - машиной с
электромагнитным возбудителем колебаний, 600 Гц - машиной на базе
электродинамического вибростенда, 3 и 10 кГц - магнитострикционными
испытательными установками.
Во время испытаний поддерживали постоянными заданные величины
коэффициента интенсивности напряжений [8].
Для обнаружения зоны пластической деформации боковую поверхность
образцов, перпендикулярную плоскости разрушения, после испытаний под
вергали химической полировке в растворе HNO3-3H C l-H F-H 2O и последу
ющему ионному травлению в среде спектрально чистого аргона. Учитывая,
что скорость и эффективность ионного травления металлов зависят от
степени пластической деформации, предшествующей травлению, специаль
но подобранный режим травления позволил выявить зону наибольшей плас
тической деформации под поверхностью разрушения (рис. 1).
Рис. 1. Структура материала под поверхностью разрушения: 1 - зона пластической дефор
мации; 2 - основной материал.
Глубину зоны пластической деформации И измеряли непосредственно
в растровом электронном микроскопе в режиме фазового контраста. При
определенных значениях коэффициента интенсивности напряжений АК ве
личину И находили как среднее 20-30 измерений на базе 300 мкм.
Результаты измерений и их анализ. По результатам испытаний образ
цов на циклическую трещиностойкость и измерений глубины зоны пласти
ческой деформации строили диаграммы усталостного разрушения и графи
ки зависимости глубины зоны пластической деформации И от АК (рис. 2).
Как видно, с ростом АК глубина пластической зоны увеличивается при всех
частотах нагружения. Причем частота не оказывает влияния на скорость
увеличения глубины зоны пластической деформации: графики, описыва
ющие эту зависимость в логарифмических координатах, практически парал
лельны. Однако с повышением частоты нагружения существенно умень
шается глубина зоны пластической деформации при одинаковых значениях
А К .
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2002, № 2 63
9 10 11 12 13 14 15 А К , М Пал/м
Рис. 2. Зависимость глубины зоны пластической деформации И от величины коэффициента
интенсивности напряжений АК при разных значениях частоты нагружения: 1 - / = 20 Гц;
2 - / = 170 Гц; 3 - / = 600 Гц; 4 - / = 3 кГц; 5 - / = 10 кГц.
И, мм
5- 10"10 МО"9 1- 10'8 йЦйЫ , м/цикл
Рис. 3. Зависимость глубины зоны пластической деформации И от скорости роста уста
лостной трещины йЦйЫ.
Полученные результаты можно объяснить следующим образом. С уве
личением частоты нагружения время нахождения материала под действием
нагрузки, близкой к максимальным значениям, уменьшается, поэтому плас
тическая деформация за цикл не успевает произойти в той мере, в какой это
возможно при низкочастотном деформировании. Вследствие этого умень
шаются как скорость роста усталостной трещины, так и глубина зоны
пластической деформации. Причем указанный характер влияния скорости
циклического деформирования количественно оказывается одинаковым и в
отношении скорости роста трещины и в отношении глубины зоны пласти
ческой деформации. Об этом свидетельствует график, построенный в коор
динатах глубина зоны пластической деформации И - скорость роста уста
лостной трещины йЦйЫ (рис. 3). Видно, что независимо от частоты нагру
жения все экспериментальные данные описываются единой линейной зави
симостью в логарифмических координатах.
64 ТББЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2002, № 2
Влияние скорости циклического нагружения
Заключение. Таким образом, повышение частоты нагружения приводит
к уменьшению скорости роста усталостной трещины и глубины зоны плас
тической деформации под поверхностью разрушения при одинаковых значе
ниях коэффициента интенсивности напряжений. Вместе с тем зависимость
глубины зоны пластической деформации от скорости роста трещины инва
риантна к частоте нагружения.
Р е з ю м е
Досліджено глибину зони пластичної деформації у вістрі тріщини від
утомленості у сплаві ВНС-25 (03Х12Н10МТ), який випробовували на
циклічну тріщиностійкість при симетричному розтязі-стиску з частотою 20,
170, 600 Гц і 3, 10 кГц. Показано, що підвищення частоти навантажування
приводить до зниження швидкості росту тріщини від утомленості та змен
шення глибини зони пластичної деформації під поверхнею руйнування за
умови однакових значень коефіцієнта інтенсивності напружень. Разом із
тим залежність глибини зони пластичної деформації від швидкості росту
тріщини інваріантна до частоти навантажування.
1. Bathias C. Retrospective view on the role of plastic zone at a fatigue crack
tip // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. - 1996. - 19, No. 11. - P. 1301 -
1306.
2. Uguz A. and M artin J. W. Plastic zone size measurements in Al-Zn-M g
alloys by means of selected area channelling patterns // Z. Metallik. - 1992.
- 83, No. 4. - P. 270 - 275.
3. Nisitani H. and Kawagoishi N. Relationship between fatigue crack growth
low and reversible plastic zone size in Fe-30%Si alloy // Int. Conf. Exp.
Mech. (Poland, Ore, 5-10 June, 1988). - London: Bethel, 1988. - Vol. 2. -
P. 795 - 800.
4. Клевцов Г. В., Ж иж ерин А. Г., Кудряшов В. Г. Влияние асимметрии
цикла нагружения на кинетику зоны пластической деформации в сплаве
Д16 // Пробл. прочности. - 1986. - № 5. - С. 58 - 61.
5. Потоков Е. Г. Определение глубины зоны пластической деформации в
усталостных изломах измерением микротвердости // III науч. конф.
Тамбов. гос. техн. ун-та (Тамбов, 16-17 апр., 1995 г.): Тез. докл. -
Тамбов, 1996. - С. 115.
6. Bininjet A., D iass A., and Lebrun S. L. X-ray fractography analysis of the
plastic zones of fatigue cracks // Int. Conf. Residual Stresses (ICRS): Proc.
2nd Int. Conf. (Nancy, 23-25 Nov., 1988). - London; New York, 1989. -
P. 826 - 832.
7. Солнцев Ю. П., Степанов Г. А. Конструкционные стали и сплавы для
низких температур. - М.: Металлургия, 1985. - 271 с.
8. М ат охнюк Л. Е., Ордынский В. С. Влияние частоты нагружения на
закономерности и микромеханизмы роста усталостной трещины в тита
новых сплавах. Сообщ. 1 // Пробл. прочности. - 1988. - № 1. - С. 17 -
21.
Поступила 19. 09. 2001
ISSN 0556-171X. Проблемыг прочности, 2002, № 2 65
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46746 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T13:43:01Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Яковлева, Т.Ю. Матохнюк, Л.Е. 2013-07-06T15:00:37Z 2013-07-06T15:00:37Z 2002 Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава ВНС-25 / Т.Ю. Яковлева, Л.Е. Матохнюк // Проблемы прочности. — 2002. — № 2. — С. 62-65. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46746 539.4 Исследована глубина зоны пластической деформации в вершине усталостной трещины в сплаве ВНС-25 (03Х12Н10МТ), испытанном на циклическую трещиностойкость в условиях симметричного растяжения-сжатия с частотой 20, 170, 600 Гц и 3, 10 кГц. Показано, что повышение частоты нагружения приводит к уменьшению скорости роста усталостной трещины и глубины зоны пластической деформации под поверхностью разрушения при одинаковых значениях коэффициента интенсивности напряжений. Вместе с тем зависимость глубины зоны пластической деформации от скорости роста трещины инвариантна к частоте нагружения. Досліджено глибину зони пластичної деформації у вістрі тріщини від утомленості у сплаві ВНС-25 (03Х12Н10МТ), який випробовували на циклічну тріщиностійкість при симетричному розтязі-стиску з частотою 20, 170, 600 Гц і 3, 10 кГц. Показано, що підвищення частоти навантажування приводить до зниження швидкості росту тріщини від утомленості та зменшення глибини зони пластичної деформації під поверхнею руйнування за умови однакових значень коефіцієнта інтенсивності напружень. Разом із тим залежність глибини зони пластичної деформації від швидкості росту тріщини інваріантна до частоти навантажування. We investigate the depth of the plastic deformation zone at the tip of a fatigue crack in the VNS-25 alloy (03Kh12N10MT) tested for cyclic crack growth resistance under symmetric tension-compression loading with frequencies of 20, 170, 600 Hz and 3, 10 kHz. We demonstrate that an increase in the loading frequency causes deceleration of fatigue crack propagation and is responsible for a decrease in the depth of the plastic deformation zone under the fracture surface at equal values of the stress intensity factor. At the same time, dependence of the plastic deformation zone depth on the crack growth rate is invariant with respect to the loading frequency. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава ВНС-25 Influence of Cyclic Loading Rate on Depth of the Plastic Deformation Zone in the VNS-25 Alloy Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава ВНС-25 Яковлева, Т.Ю. Матохнюк, Л.Е. Научно-технический раздел |
| title | Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава ВНС-25 |
| title_alt | Influence of Cyclic Loading Rate on Depth of the Plastic Deformation Zone in the VNS-25 Alloy |
| title_full | Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава ВНС-25 |
| title_fullStr | Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава ВНС-25 |
| title_full_unstemmed | Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава ВНС-25 |
| title_short | Влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава ВНС-25 |
| title_sort | влияние скорости циклического нагружения на глубину зоны пластической деформации сплава внс-25 |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46746 |
| work_keys_str_mv | AT âkovlevatû vliânieskorosticikličeskogonagruženiânaglubinuzonyplastičeskoideformaciisplavavns25 AT matohnûkle vliânieskorosticikličeskogonagruženiânaglubinuzonyplastičeskoideformaciisplavavns25 AT âkovlevatû influenceofcyclicloadingrateondepthoftheplasticdeformationzoneinthevns25alloy AT matohnûkle influenceofcyclicloadingrateondepthoftheplasticdeformationzoneinthevns25alloy |