Experimental research of metal creep on circular paths of loading

Abstract

An experimental research of creep for alloy AK-8 on a circular paths of loading is presented. The creep is found in areas where active loading process is implemented.

Full Text

В статье представлены результаты экспериментального исследования ползучести сплава АК-8 на круговых траекториях нагружения. Программа предусматривала остановки нагружения через каждую четверть окружности с целью изучения ползучести в этих точках. Также в работе представлены результаты опытов по исследованию влиянию разгрузки на ползучесть данного сплава. Экспериментальные исследования пластичности и ползучести при сложном нагружении проводились на автоматизированном расчетно экспериментальном комплексе СН-ЭВМ [4]. Методика проведения экспериментальных исследований пластичности и ползучести при сложном нагружении подробно описана в монографиях [1, 2]. Эксперименты выполнены на тонкостенных круговых цилиндрических оболочках. Испытания проводились в пространстве напряжений. В работе приведен эксперимент по прямому наблюдению ползучести на круговых траекториях нагружения. Программа испытаний реализует условия σ=const и Sijconst (рисунок 1а). Рисунок 1. Программа испытаний на ползучесть и траектория деформаций Предварительное нагружение осуществлялось кручением до уровня S3=230 МПа, а затем реализовывалась программа сложного нагружения по криволинейной траектории нагружения постоянной кривизны. Данная программа предусматривала остановки нагружения через каждую четверть окружности, с целью изучения ползучести в этих точках. При этом комплекс СН-ЭВМ работал в пространстве напряжений и в автоматизированном режиме поддерживал режим σ=const. Угол θ (рисунок 1а) отсчитывался от направления оси S3 против часовой стрелки. Отклик на реализованную программу представлен в виде траектории деформации (рисунок 1б), где стрелками с значением угла θ отмечены моменты начала остановки нагружения и начала режима поддержания постоянного напряжения. Ползучесть обнаруживается в точках θ=0°, 135°, 180°, 315°, 360°. То есть в тех точках, где реализуется активный процесс нагружения. На траектории деформации (рисунок 1б) процесс ползучести отмечен пунктирными линиями. На траектории нагружения в точках остановки процесса (рисунок 1а) на концах вектора напряжений отложен вектор деформаций . В точках θ=135°, 180°, 315° на рисунке показаны по два вектора деформаций, в начале (пунктиром) и в конце испытания на ползучесть (сплошной). Ползучесть приводит к некоторому уменьшению угла между векторами напряжений и деформаций (α). На рисунке 2 представлены кривые ползучести для точек траектории нагружения, где обнаружена ползучесть. Ползучесть носит ограниченный характер, причем деформация ползучести в окружном направлении (εп12) превышает деформацию ползучести в осевом направлении (εп11). Данное обстоятельство можно объяснить начальной анизотропией сплава АК-8, механические характеристики при растяжении выше, чем при кручении. Рисунок 2. Кривые ползучести Интерес, на наш взгляд, представляет рассмотрение вопроса проявления ползучести с энергетической точки зрения. При угле сближения υ1<90° элементарная работа напряжений положительна, что отвечает активному процессу деформирования. На рисунке 3 представлена зависимость изменения угла сближения υ1 от приращения длины дуги траектории деформаций. Из рисунка видно, что в точках, где не обнаружена ползучесть на круговой траектории нагружения (точки θ=45°, 90°, 225°, 270°) угол сближения υ190°, т.е. процесс близок к разгрузке. Влиянию разгрузки на ползучесть материала при сложном нагружении посвящена заключительная часть данной серии испытаний. Программы испытаний представлены на рисунке 4. Рисунок 3. Зависимость изменения угла сближения Рисунок 4. Программы испытаний Влияние частичной и полной разгрузки изучалось по результатам испытаний образцов d6, d7, d9. Образец d7 предварительно нагружался до S1=250 МПа, затем реализовано сложное нагружение по кривой постоянной кривизны до точки соответствующей четверти окружности, в которой нагружение прекращалось и поддерживалось постоянное напряжение σ=const. Влияние частичной и полной предварительной разгрузки изучалось на образцах d6,d9. После предварительного простого нагружения до S1=230 МПа и разгрузки в обратном направлении частичной (d6) и полной (d9) производилось сложное нагружение по окружности до точки, где исследовалась ползучесть. Результаты испытаний представлены на рисунке 5а. Как видно из данного рисунка, наименьший уровень ползучести отвечает испытаниям с частичной разгрузкой. Несколько меньший уровень деформации ползучести при испытании без разгрузки, в сравнении с результатами испытаний с полной разгрузкой, можно объяснить разбросом экспериментальных данных, что характерно для испытаний на ползучесть. Кроме того, при испытании образца d7 при предварительном нагружении на разных уровнях напряжения производилась выборка ползучести, что не могло не отразиться на результатах эксперимента. Влияние сложного нагружения на ползучесть изучалось по результатам испытаний образцов d10, d11 (рисунок 5). Образец d10 испытывался по программе простого нагружения (участок 1). В ту же точку, где исследовалась ползучесть, выходили по программе сложного нагружения (образец d11 - участок 1, 2). Сравнение кривых ползучести (рисунок 5) показывает, что деформации ползучести при сложном нагружении несколько меньше чем при простом. Рисунок 5. Кривые ползучести при различных условиях нагружения и разгружения Влияние сложной разгрузки было изучено при повторных испытаниях образцов d10, d11 (pисунок 4). В этом случае уровень предварительного нагружения был выше, чем при первичных испытаниях и составлял S1=280 МПа. Сложная разгрузка реализована на образце d10 (участок 4), по траектории в виде архимедовой спирали. В точке соответствующей четверти окружности R=230 МПа разгрузка прекращалась и поддерживалось постоянное напряжение σ=const. Пропорциональная разгрузка реализована на образце d11, который также испытывался повторно. После предварительного нагружения S1=280 МПа и нагружения по дуге окружности (участок 5) производилась простая разгрузка (участок 6) в исходную точку, где исследовалась ползучесть. Оказалось, что при сложной разгрузке наблюдается ползучесть, в отличие от простой, где она не обнаруживалась (рисунок 5в).