Определение высокотемпературной циклической трещиностойкости сталей с использованием деформационных подходов механики разрушения тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

¿1 иб 9 II "

АКАдаЩ НАУК УКРАИНЫ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. Г.В.КаРПЕККО

на правах рукописи

СКРЫПНЙК ИГОРЬ ДМИТРИЕВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ТРЫДИНОСТОЙКОСШ- СТАЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПОДХОДОВ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ.

Специальности: 01.02.04 - механика де<$ормируе«ого

твердого тела

05.02.01 - материаловедение в к"шностроэник /промышленность/

Автореферат' диссертации но соискание ученой стопани кандидата- технических наук

Льдов - 1992

/

/ .

Раоота выполнена в Фазико-мэханическом институте им. Г.В.Карпенко АН Украина.

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ; - член-корреспондент АН Украины, доктор

технических наук, профессор и.н.МШйВ

- доктор технически наук, старший научный сотрудник Г.НЛШШИОРЧИН

СЧШШЫЫЕ ОППОНЕНТЫ:- доктор технических наук, старший научный

сотрудник ЯСНИй П.В.

- кандидат технических наук, старший научны2 сотрудник ЯРЕМА С.Н.

ВЩЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ Институт металлургии им.А.А.Байкова РАЯ . г.Москва

Запита состоится ' " 13агг. в № часов

на заседании специализированного совета Д 016.42.01 в Физико-механическом институте им. Г.В.Карпенко АН Украины (290601, Львов. ГСП, ул. Научная, 5).

С диссертацией можно ознакомиться в оиОлиотеке Физико-механического института им. Г .В.Карпенко АН Украины.

Автореферат разослан " 3 " 1992г.

Ученый секретарь. . 7

игашализированного соЕвта ^л^г НИКИФОРЧИН Г.Н.

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Высокотемпературная эксплуатация ряда изделия ответственного назначения зачастую приводит к зарождению и развитию в них усталостных трещин. Повышенная пластичность сталей при таких условиях нагружения обуславливает проблему-корректности использования широко распространенных подходов линейной механики разрушения. Вместе с тем, исходя из физических представления о высокотемпературном росте уста-ссгкых трещин" (РУТ), более адекЕатнкмл следует признать, деформационные критерии нелинейной механики разуше-ней. Наиболее распространенным среди них является ол-критеркй Лео-нсва-Пвнастеа. иднако применительно к РУТ Сл-критери2 еще ке получил надлегацего экспериментального обоснования, что обусловлено трудностями методического характера. Другим направлением решения этой проблемы мотет быть развитие двухпараметрического критерия (ДПК) разрушения, который учитывает в определенных соотношениях вклад сингулярной составляющей тензора напряжений и номинальных напряжений в негто-сетении. Такой подход используется, как правило, при опенке кратковременной трещтюстойкости, а применительно к РУТ находится на стадии становления.

Условия высокотемпературной эксплуатации изделий часто еклю-чают воздействие водородсодоргазвас сред. Показательным примером может служить разрушение труб печей рифоркинга из ¡жаропрочной хро-моникелевой ста ли ЯК-40, характерной особенностью которой является деградация ее сеойств в процессе эксплуатации.

работа - разработать экспериментальные методики определения характеристик высокотемпературной циклической'трещиностой-кости (ЦТ) конструкционных материалов, основыващиеся на деформа-' иконных критериях разрушения, и с их использованием выявить основные закономерности влияния температуры испытаний, газообразного Еодорода, параметров цикла нзгрухания на сопротивление РУТ в жаропрочной стали.

осноркке задачи здаоотщ:

1. Разработать экспериментальную методику определения циклического раскрытая вершины трощшш. основанную на представлении о параметре о, как разрыве поля перемещений в вериинз треяины.

2. Распространить ДПК на случая усталостного роста.трещин в Еысокопластичных материалах.

3. Исследовать влияние г.рз дарительной наработка на характеристики высокотемпературной трещиностойкоста стали КК-40,

• 4. Выяелть закономерности влияния температуры испытаний, газообразного водорода и параметров цикла нагружекия на кинетику усталостного разрушения■стали НК-40.

5. Изучить механизм влияния водорода на РУТ в конструкционных сталях в зависимости'от температуры испытаний.

Научная новизна. 1. Разраоотаны экспериментальные методики определения: а) циклического раскрытия Еершины трещины; б) циклическое трещиностойкости и. продолжительности стадии зарождения усталостной трещэш в высокопластячшх материалах с щгаьэне-

незм да.

2. Показано, что оОнару.¡сенная инверсия влияния частоты циклов нагружещгя на высокотемпературную ЦГ стали НК-40 ооуслсвлена тем, какой из частотно зависящих факторов является доминирующим: при высоких дя - пластичность материала, а при низких - закрытие трещины, es затупление и физико-химическое воздействие округ:авдей среда.

3. Установлено, что наработка стали KK-4U в реальных условиях эксплуатации понижает сопротивление росту трещин как на воздухе, так и в водорода. • *

4. Выявлен различный характер воздайевия водорода на РУТ в ка-ропрочноИ стали в зависимости как от температуры испытании, так и от уровня нагрузки, который обусловлен реализацией различных механизмов разрушения и влияния водорода.

Практическая ценность. На основе подходов нелинейной механики разрушения разраоотан комплекс экспериментальных, методик ксследпва^ ш ЦТ материалов в условиях высоких.температур (до lüOU°C) и контролируемого состава газових сред.

Осуществлена оценка высокотемпературной ЦТ- жаропрочной стали, используемой для изготовления реакционных труб реформинга, в зависимости от времени наработки, что позволило установить оптимальный диапазон температур эксплуатации, гзрантирулвий низкую скорость роста трецин к безаварийную работу печей риформинга в период межремонтного пробега. Внедрение результатов работы на Саверодонэцком ПО "Азот" обеспечило.264,5 тыс. руб. годового экономического эффекта. Долевое участие автора составляет 115 тыс.рус.

¿EISE 2MS1MI:

i Продлоязнные экспериментальные методики, основанные на ис-¡:ii.U3o:iamH параметра циклического раскрытия ьершнн трещины и деформационного двухпараыетрического критерия разрушила.

Z

■ л а. Вывод о принципиальной возможности использования двухпа-■лфёЙЗ^иче ского критерия разр/сегшя для прогнозирования продолжительное та стадии зарождения усталостной трепшш.

3. Методические особенности применения двухпарачетричесхого критерия разрушения к высокотемпературному _ РУТ в конструкционных сталях.

4. Установленные закономерности высокотемпературного РУТ з стали НК-40 в зависимости от степени наработки в условиях эксплуатации» температуры испытаний, типа среды и параметров цикла нагру-жения.

Аппооашгя работа. Основные результата работа доложены на 1 Всесоюзной конференции "Механика разрушения материалов" (Львов, 1987); III Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения (Житомир, 1990); XIV конференции молода ученых <1Щ им.-Х.В.Карпенко АН Украины (Львов, 1989).

Публикации, По результатам диссертации опубликовано 10 работ;

Структура н объем работа. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и приложения, списка литературы из 148 наименований, содеркнт■12У стр. маиинописного текста, 85 рисунков, 3 таблицы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ

В качестве модельного материала для апробации разработанных методических подходов, базирукшкхся на даформашкнгаых критериях, использовали электротехнически 'истин алггяший (Эу.Ьй AI, cr0 0 = 52 МПа, ов = 86 МПа, б = аэ%). Особенности высокотемпературного РУТ изучали на коррозионно-стойкой стали НК-40, широко применяемой в химической промышленности. Испытывали кольцеобразные образцы с радиальным разрезом, изготовленные непосредственно из-реакционных труб печей риформанга Северодонецкого ПО "Азот". Для оценки влияния эксплуатационного старения стали аа деградацию ее свойств материал исследовали в исходном состоянии и после наработки в течение 7Ö400 ч.

Влияние электролитического назодорааивания на деформационно— прочностные свойства образцов изучали на стали 9ХС после ее закалки и отпуска в диапазоне 65...250"О. что дало возможность провести исследования материала со структурой мартенсита и широким спектром .пластических свойств (7В=1...14%j. Наводоракквание образцов проведали в 26%-ном растворе fi2Sp4 при плотности тока 0,2 А/дм2 в.тэче-

•ние 20 минут.

Исследования высокотемпературной ЦТ материалов в газовых сре- . дах провёдены на установках Л1Э-10ТМ и УММ-1, оснащенных камерами в герметическом исполнении. Нагрев образцов (до l'JOU°G) осуществляли пропусканием через ни электрического тока.

Закрытие трещины (З'Г) определяли по методу податливости, используя тензометрический датчик перемещения, устанавливаемый дри комнатной температуре вблизи вершины трещины, а в случае высокотемпературного РУГ - мевдг берегами распада кольцеобразного образ- . ца.

Микроструктурные особенности процесса разрушения исследовали на металлографическом микроскопе МИЫ-7 растровом электронном микроскопе. ЮМ-100.. При металлографических исследованиях морфологии трещин использовали послойный анализ образцов. Для выявления о-фа-зы использовали реактив ГросОека, а макроструктуры литого сплава -реактив Кэллинга. Восстановление поверхностей изломов стали HK-4Q. окисленных в процессе испытаний при высокой температуре.на воздухе, проводили в среде газообразного водорода при температуре 800"С.

ДЕООША1ШОНШЕ КРИТЕРИИ РАЗРУШЕНИЯ УСТАЛОСТНОГО РОСТА ТРВДИ

Распространение судасгвугашс экспериментальных методик, основанных на использовании Сл-критерия Леонова-Панасюка, ограничено в связи с их сложностью и несовершенством. Помимо чисто технических проблем существуют принципиальные вопросы, связанные с обоснованием схемы замера раскрытия вершины трещины. Так, при его пред ставленш в виде расстояния между дпумя точками на оерегах трещины в окрестности ее вершины неопределенным является месторасположение этих точек.

Предложенная в работе методика определения циклического раскрытия вершины трещины ДО вытекает непосредственно из модели Лвояо-ва-Панасшас в соответствии с которой параметр о рассматривается как разрыв поля перемещений в вершине трещины.

Для реализации методики на боковой поверхности призматического образца (¿х23х180мм), нагружаемого изгибом, перпендикулярно линии распространения трещины наносили ряды меток. Расстояние между кэтхгш составляло 0,1 мм. В процессе циклических испытаний нагру-жение нрек^здаля, когда вершина трещины- достиг зла линии меток. Для определения ¿" измеряла расстояния между матками, симметрично расположенными по отношению к вершине трещины, при максимальном » ми-

нимальном усилии в цикла. По ^ величина изменения' этого рас- ^

для кавдоя аазы г{, строили

зависимость Дг « г<г{) 1ряс.1).ил Экстраполируя ее на ось дг, получали искомую величину да. . Из-за имеющегося разброса дан- ТО них построение ззвист.лзсги Г(г{) и экстраполяцию ее на'

а

— £ ®

«

у™

1 1

1 2 Зц}мм Рис.1. Зависимость перемещения меток в цикле нагружения'от багу эшера, 'полученная для алю-шнкя на образце с трзяиной мм при и=1,7'10~б м/цинл.

*ГГ

4,1 МПа»м.

"нулевую сазу- выполняли на ЭВМ.

С использованием предложенной методики исследовали ЦТ алюминия. Установлено, что РУ1 однозначно определяется параметром ¿3 в весьма широком диапазоне длин треявш (1=2... дк ...1Ь мм ).в двойных логарифмических координатах кинетическая диаграмма усталостного разрушения (КДУР) удовлетворительно описывается уравнением прямой. В то же время, представление данншс в координатах v-&к или v-^Ko.f (с учетом зт) не дазт инвариантных относительно 1 зависимостей.

Для оценки рут в работе развит япк, который учитывает в определенных соотношениях вклады в усталостное разрушение как сингулярной составляющей тензора напряжений в окрестности вершины трещины, так и номинальны! напряжения а нетго-сеченгог:. v=l^tK,¿a).JШ математического представления критерия в качестве негодного использовано вьгражетге, предложенное А.Н.Васвтишш., в которое входит коэффициент концентрации деформации по Н.А.Махутову. .Дополнительно учитывали эффект ЗГ. 3 известном подходе для описания усталостного разрушения предлагается использовать параметры статического нагруже-ния. что является спорным. 'Поэтому указанные зависимости модацици-ровали. использовав параметра циклического нагружения. Отличительная особенность предлагаемого методического подхода состоит также-в построении кривых постоянная скорости роста трещина, которые являются аналогами диаграммы разрупения при кратковременном нагрукении . и задаются в неявном ввде: * •

до+ 1 1 я ' лоМ

■........ + ».— г«

. С0,2 .

Л-п____

л (1+п )

ак!

г

7+я

где XI - коэффициент деформационного упрочнения (п =п, если да+* а0 2 •и п*=1 , если до+< ос 2). Знак "+•* означает, что кривые строятся по размаху нагрузки в положительном полуцикле. дк£, Да* -характеризуют сингулярные и номинальные напряжения, каадыэ из которых самостоятельно выензвют РУТ с данной скоростью: и=Г(ДК£,0) или и=Г(0,до*). Ч-юленно они определяется координатами точек пересечения данной кривой постоянной скорости роста трещины с осями коорди-нат(рис.2.). Указанная кривая строится на основана данных испытаний для постоянной скорости V и подбора параметров ДК+, до* для оптимального описания кривой набора данных.

На основании построенной эталонной кривей постоянной скорости V и данных ЛК+„ го+ для других скоростей и мохно прогнозировать кривые .постоянной скорости и для этих скоростей РУТ, для чего используют вираже ние:

60ь<зг,мпа

РИС.2.КрИЕЫв постоянной скорости для алхмкия: 1~1>=6»1(Га, 2-1М,8»10~7,1-и=)»10"6м/щшл.

ДК

г . + 1 1 . + 1 1-71 ~»7Т «7 я (1+п ) л о ^

ш п + до дк |1 + п

"до! ахХ

V 1 v •>

П+1

~г

*

дк;

(2)

и уравнение (1). Совпадение расчетных и экспериментально полученных двнннх (рис.2,> подтверждает эффективность предложенного мэ-тодического подхода.

Таким образом, для прогнозирования РУТ, начиная от условий, соответствующих применимости подходов линейной механики разрушения, и вплоть до полной пластификации сечения с трещиной, необходимо экс-пер'.шватглко построить одну произвольную ЩУР и одну кривую постоянной скорости для как можно оолее широкого спектра значений дк/до, соответствующих различат длинам трещин. Каь частный случай, возможен прогноз скорости РУТ при сойяадэшан требований линейной механика разрушения, когда у=Х(дК1),0). (Здесь ДК^ суммарный эффективный

5

53

I

10'7

10'8

Рис.3. Зависимости v-tV.aH (светлые символы) и у-ДКу (темные символы) для алшиния, полученные на образцах с различной длиной ТреЩИНЫ.

размах коэффициента интенсивности напряжений). Это даэт возможность описать РУТ единой, не зависякей от 1 кривой (рис.З.), которую можно считать характеристикой материала.

Противоположный граничный случай, когда 1>=Г(и,ДО! означает, что трещина имеет нулевую длину и растет со скоростью у от гладкой поверхности. Такие предпосылки использованы при изучении возможности расчета периода заровдэния трешш. В качестве критерия зарождения трещины для алкшния выорана длина трещины 0,5 мм.Построена расчетная кривая долговечности в координатах до* -!1 (типа кривой . Веллера), связывавдая раьмах растягивавдих напряжений в полуцшиге нагрузки с количеством циклов К до зарождения трещины заданной длины от гладкой поверхности. Проведенная на алгашнии экспериментальная проверка подтвердила принципиальную возможность применения ДПК для прогнозирования стадии зарождения трешш в области малоцикловой усталости на основе результатов испытаний материала на ЦТ.

ВЫСОКОТШШРАТУРНАЯ ЦИКЛИЧЕСКАЯ ТРШСГОСГОИКОСТЬ КОНСГРШШОННОЯ СТАЖ

Влияние эксплуатации труб из стали НК-40 в промюденнкх условиях на 1ХГ материала изучали на кольцеобразных образцах с трешина-

о о

Vй О Г?

€

А* О

0 ¿А ^^чЧ7

О V Vй - 12

„ 6,9 - З..А

4 ** о • - 1... 9

„ п,п-9...11

У * д,д -11...14

VI I VI I I I I. I -1 I

5 & 7(хКе^К1 МПатГЯ

ми длиной 1=ь.. .u мм при комнатной температуре и постоянном, относительно низком ЛК= 8ШаШ. Ест для материала в исходном состоянии кинетика разрушения не зависит от 1, то деградация материала обусловила существенное повнпеюге скорости РУТ, наиболее интенскв- ' ное во внутренних слоях трубы.Закрытие трещин не несет ответвенно-сти за выявленные эффекты, поскольку постоянство ДК^., не обеспечивает неизменности р. Так как не возникает сомнений в реализации условий плоской деформации при данном уровне КИН, единственной причиной приведенных осоОезшостей РУТ следует признать изменение свойств материала по сечению трусы. Из результатов металла ^отческого анализа «окно сделать выеод, что эксплуатация материала приводит к перераспределении зернограничных карбидов fíe,3U6 с выделением мелкодисперсных карбидов внутри' зерен,- обеднением пригра- • яичдах участков по содержанию в ккх хрома и выделением хрупкой о-фаз;1 в виде тонких пластинок. Это сказывается на ухудшении стойкости приграничных ооластеа к высокотемпературному воздействию и зарождения здэсь трекмоооразных дефектов.

Независимо от состояния стали, скорость РУТ с повшиением температуры испытания возрастает. При этом jo'á70'ü ИТ стали изменяется монотонно. По мере дальнейшего увеличения температур« испытаний до 920"С происходит резкое ускорение РУТ. Использование ДПК к' результатам испытаний материала в исходном состоянии дало возможность построить КДУР, которые соответствуют условиям линейной механики разрушения. Характер влияния температуры испытаний при этом не изменился - с ее повышением скорость РУТ возрастает.

Отмечены некоторые особенности КДУР при еысокой температуре. Ее первый участок охватывает диапазон скоростей от припороговых до VIO" м/цикл. Второй участок является достаточно пологим и напоминает кинетическую диаграмму роста тресин при ползучести. В этой связи специфический характер второго участка отражает, очевидно, влияние статического фактора в условиях высокотемпературной уста-лоси;. Характерно, что с увеличением частота нагружения (/=0,001... ...ЮГа) скорость РУТ на перьсм участке возрастает,-а на втором -понихается.

При перехода от первого ко второму участку диаграмма исчезает ST. Его проявление увеличивается с уменьшением 1, что обусловлено не только интенсификацией пластического течения в окрестности вершины тоецины, но также усилением процессов окисления в ее полоста. На это указывает более сильная частотная зависимость параметра

5:

ГО'7

/Г*

10'9

Рис.4.Зависимости г-дне// (темныа символы) и и-лки (светлые символы) для стали НК-40, испытанной при Т-670 "С, й»0,05 и частоте циклов нагружения /*10ГЦЦ-0,0 ): _1Гц(2-д,д >; 0.08Гц(3-а,а ).

ДК£)> о1 (закрытой часта цикла нагружеяия, соответствующего пороговому ЛК), в сравнении с пределом текучести.

Независимо от частоты нагрукэния расчетные данные по скорости РУТ при высоких ДК практически образуют вдинух полосу в координатах и-АКу(рис.4.). Это означает, что при выполнении условий плоской деформации кинетика разрушения была бы частотно-независимой. Несоблюдение этих требований обусловлено ползучесть» материала в гершнз треяршы, что учитывает ЯПК. Вместе с те«, применение ДПК не дает возможности описать скорость РУТ в припороговой области единой зависимостью. Рассматривая треаиду как концентратор напряжений с радиусом р., анализировали криЕые постоянной скоро с та при . шзких ЛК для различных частот и одной скорости РУТ. На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что на формирование порогов высокотемпературной ЦТ влияет закрытие трещины, ее затупление и упрочняющее действие поверхностных пленок (тормозящих пластические сдвиги в вершине трещины).

Повшсение асимметрии цикла нагружения (Е— 1 ;0;0.4) ускоряет высокотемпературный РУТ. Вид кинетических диаграмм не зависит от а.

6 в 10 15 АКвм,АКч,М№1/м'

однако существенно увеличивается скорость ГУТ, при которой наолюдается . переход от первого участка диаграммы ко ' Еторому. В этом плане Я увеличение асимметрии адекватно понижению 1.

Учет ЗТ приводит к ^ налокеншо леть припоро-говых участков диаграмм 1)-лК9^, построенных % для разных Н, не влияя на ход высокоамплитудяых участков диаграмм, для которых ЗТ не характерно. Вместе с тем, комплексное использование концепций ОТ и ДПК позволило построить инвариантную относительно й кинетическую диаграмму усталостного разрушения (рис.5>,которую можно считать характеристикой материала для данной температуры испытаний и f.

Таким образом, только при выполнении условий линейной механики разрушения мокно .ожкдать инвариантных относительно й кинетических диаграмм разрушения з эффективных координатах,

РиСГ УСТАЛОСТНЫХ ТРШИН В УСЛОВИЯХ СОВМЕСТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ВОДОРОДА И ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР

Повышение температуры испытаний е диапазоне 20...800"с ускоряет РУТ в стали НК-40 независимо от тала среды (еоздух, водород, вакуум). Выявлено также, что понижение ИГ, сб. уловленное эксплуатационной наработкой стали, свойственно всем исследуемим средам.

Характер и интенсивность влияния водорода на РУТ в стали в исходном состоянии зависит как от температура испытаний, так и от амплитуды нагрухекия. Что касается высоких ДК, то для диапазона темкератур до 4ДО°С характерно ускорение РУТ в сравнении с наблодв-вмш на воздухе и в вакууме. При повышении температуры испытаний влияние восорода осласэвает и практически исчезает для диапазона

12

волы) и у-ДКу (светлые символы) для стали НК-40, испытанной при Т=ъ70°с, /=1Гц и различной гсимметрии цикла (О ,»); 0 (о ,'© ); 0,4 (А ).

температур 400...SOO'C.

Для низкоамплитудной области на-груженая обнаружили температурную ira-версии влияния.водорода на ЦТ стали. При испытаниях до 40Q'C водород повывает, а при более высока температурах •- понижает сопротивление росту трещин (рис.б.а). С повыиением температуры испытаний отрицательное влияние водорода ослабевает и при до-стяжении 800°С практически исчезает по отношению к эффективным порога!.! AKm (рис.6,б). Однако нсшналь-сне пороги AKth понзг;;эются в Еодороде и при столь высокой температуре испытаний. Это обуслоглено интенсивным оксидообразовапивм па воздухе и, соответственно, высоки уровнем ЗТ. не характерным для РУТ в водороде.

О целью изучения механизма упрочняющего влияния водорода в при-пороговой области нагруявкия в диапазоне тошератур до 400°С проведен модельный эксперимент на кручение

электролитически каводорохеиних образцов из стали эхо. Такая схема нзгругакия обеспечивает высокий градиент напряженного состояния образца, подверженного наволорахивагопо.

Обнаруяэн различный характер влияния наводоракивания на прочностные характеристики стали в завамости от урогня се пластичности. Так, при уровне пластичности вплоть до 12% наводораживанке понижает, а при Оолзе пластичном состояния стали - повышает условий предел текучести. Указанная инверсия соответствует изменению механизма разрушения в приповерхностных слоях образцов от отрывного к сдвиговому,

Электронномкяроскоплческий анализ цилиндрических поверхностей образцов выявил наличие интенсивных повреждений в результате наво-доракивания» что, очевидно, и обусловило снижение предела текучести. В то та время упрочнение водородом стали в пластичном состо-.тшш, а тзете экспериментально зафиксированный рост показателя да-

200

Ш 6ÛI/T/C

Рис.6.Температурные зависимости номинальных <а) и эффективных (б) порогов ЦТ.

формацдагагого упрочнения для наводороженнаго слоя можно связать с облегчением процесса инициирования дислокаций.

Рассмотренный механизм возлествия водорода на механические свойства стали удовлетворительно объясняет характер воздействия водорода на ЦТ стали НЯ-40 в диапазоне температур до 400*0. Так, увеличение под влиянием водорода скорости РУТ в Еысскоамплитудкой области нзгружения обусловлено уменьшением сопротивления отрыьу. Что же касается порогов ЦТ, то их поЕипение связано, с одной стороны, с реализацией разрушения по сдвиговому механизму, а с другой - энергетической выгодностью размещения водорода в дефектах, что косвенно содействует размнозэкию дислокаций. При более высоких температурах испытания ускорение РУТ в Еодороде обусловлено снижением сопротивления пластической деформации.

ОСНОВШЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана экшртаентзльнея методика определения циклического раскрытия вершины трещины в виде разрыва поля перемещений в ее вершине. Показано, что определенный предложенным способом параметр йб, в отличие от параметра ¿К, однозначно определяет скорость РУТ в высокопластичных материалах/ независимо от длины тревдны.

2. Развит дефорканионный ввухпзраметрическия критерий разрушения применительно к РУТ в Еысокопластичных материалах. Разработанная экспериментальная методика позволяет:

а) построить единую кинетическую диаграмму усталостного разрушения для широкого диапазона длин трепот !Е том числе коротких), которая удовлетворяет условиям правомерности использования подходов линейной механики разрузэния;

б) прогнозировать продолжительтноеть стадии зарождения тре-шпш в малоциклоБой области нагружзная.

3. Использование диухяараыетрического критерия разрушения при оценке РУТ позволяет учитывать влияние параметров цикла погружения '.частота, асимметрия) в случае, когда ода вызывают только иямек^нке интенсивности пластических деформация'в В'-тжино гре-щикы.

4. обнаруженная инверсия влияния частоты шклоб нагружения на высокотемпературную ИГ стал: НК-40 обусловлена тем, какой из частотно зависимых факторов является доминирующи: при еисоких дк -это пластичность материала, а яри низких,- закрытие треязаш, ее затупление к физико-химическое воздействие окружощва сред.:.

н

5. Наработка стали НК-40 в реальных условиях эксплуатации понижает еэ высокотемпературную ЦТ как на воздухе, так и в водороде.

й. Скорость РУТ в стали НК-40 монотонно увеличивается с товале кием температура испытаний до В70°0. Дальнейшее увеличение температуры резко поникает ЦТ стали, что следует учитывать при регламентации температурного режима эксплуатации реакционных труо ри-форминга.

7. Влияние электролитического наводоражиЕания на характеристики прочности низкоотпущенной стали 9ХС зависит дт уровня ее пластичности: при малой пластичности они понижаются в связи с повреждаемость» материала, а при большой - возрастают, что указывает на упрочняющее действие водорода.

8. Характер и интенсивность влияния водорода на РУТ в стали НК-40 зависит как от температуры испытаний, так и от уровня нагрузки. Для порогов трещиностойхости выявлена'температурная инверсия влияния водорода: до 400'С уровень ЛК1Н в водороде возрастает, а "при более высоких - понижается. Для высокоакпдитудного нагрукеяия это влияние может сказываться только в ускорении роста трещин. ООнарукашшо эффекты обусловлены реализацией различных механизмов разрушения и влияния водорода: при низких температурах ( до 400*0 и высоких ДК - понижением сопротивления отрыва; при низких ЛК и тешературах - сдвиговым механизмом разрушения и упрочняющим воздействием водорода; при высоких температурах (сверх 400®С> и низких ДК - сдвиговым механизмом разрушения и снижением под влиянием водорода сопротивления пластической деформации.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Козак Л.Ю., Рипешшй С.И., Скрыпник И.Д. Влияние газообразного водорода на циклическую трещиностойкость конструкционных сталей // В кн.: Механика разрушения материалов: 'Гез. докл. I Всесоюзной конференция. - Львов, 1987. - С. 202.

2. Застосування критер1ю розкриття тр1щини при досл1даенн1 цикл1ч-. но! тр1шиност1йкост1 матер1ал1в п1двищено1 пластичност1 / О.М.Роман1в, Г.М.Шжифорчин, 0.3.Студент, Х.Д.Скрипник // Физ.-" хим. механика материалов. - 1989. - N 6. - С. 12-18.

3. Скрыпник И.Д. Определение циклического раскрытия верзины трещины // Матер. XIV хонф.мол.ученых Физ.-мех.ин-та АН УССР. Львов, 29-30 нояо. 1989/ виз.-мех. ин-т АН УССР, Львов, 19«). - 0. 164-170. - Деп. в ВИНИТИ 06.04.90, -.41390-1390.

4. Скршшик К.Я. 00 инвариантности кинетических диаграмм усталостного разрухания электротехнически чистого адшпсая и Там зав,

- С. 161-163. - Дел. Б ВИНИТИ- Q6.04.s0, N1890-390.

5. Двопараматретний критер1й руйнуЕанвя для росту втомнюс трЮТяг / О.М. Ршая1в, Г.М.Никзфорчин, О.З.Огудэнт, Х.Д.Окрияник // Сиз.-хим. механика материалов..- 18190.- N 1. - С. 46-54.

у. Вксокотемшратуряа тр1®шост1йк1сть лито! стал! труб печей ри-форм1нгу / Г.М.Нпкифорчин, 0.3.Студент, Х.Д.Скршшик. к до. // ■Рам те, - N 2. - 0. 68-74.

'!. Скрытая И.Д. ио оценке езсгкосгп напрятанного состояния в окрестности вершены троидаш. - Львов, 1590. - ?.С. - Деп. в ВИНИТИ 20.04.90, И2119-В90.

в. Анал1з впсокотемпературного росту втошшх тр1лда в короз'Шю-. ст1йк1й стал! з гозиШй деоларадагричного крктер!» руйнування / 0.м.Рсман1в, Г.М.Никпз&орчш, О.З.Студэнт, Д.Д.Скрипник // Сиз,-х^зг^,, мзханлка материалов. - 1990. -КБ.- С.' 9-19.

у. Применение двухларамэтрического критерия для описания усталостного роста третан / о.К.Рсмакив, Г.Н.Кшопрсрчин, А.З.Отудант, И.Д.Скрышшк // В кн.: Трзишостоккость'материалов и элементов конструкция: 'Гвз. докл. III Всесоюзного симпозиума по механике разрушения. - жятсиир, 1990. - 4.1. - 0. А7.

10. Студент А.З., Окршник И .Д., Нсстенко Г.Е. Рост усталостных -трещин в стали НК-40 при высоких температурах // Там ке, -Ч.И. - С. 82-83.

Подшкаьо к печ. 28,0Е.92.5.>рмаг 60x84/10. Печать офсет. Бумага офсет. Усл.п.л. 0,93. Усл.кр.-отт.О.ЭЗ Уч.-изд.л. 1,0 Тйрак 150 экз.

05.пв-«нал хшгашя тиштра^ия, 290000, Львов, ул. Стефаника,11

А

?■'!!. 2756