симс (Симс Ч.Т., Норман С.С., Уильям С.Х., - 1995 Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Том 1), страница 65

Однако во многих практических случаях представляет интерес оценка усталостной долговечности для данной амплитуды полной деформации или амплитуды напряжения. На рис. 10.4 долговечность сплава РМ Пч-100 представлена для амплитуд полной деформации Ьс„а также ее упругой Ьс,( и неупругой Ьсгл компонент [25]. Можно видеть, что во всем интервале полученных данных связь величин Ьс и Ьс. с вел 41 И Сан с ичинои Агу подчиняется степенному закону. Соотношение Бзскуина (Вагс]игл) Ьси = сну 7,9 Рис 10 5 Усталостнан дол гонечность некоторых супсрсплавов (1 — Н+Р Нспй 95; З вЂ” Н1Р МВН1., 76; 3 — )ЧАЗН 11В-7; 4 — 1Х100; 5 — Н+Р Аа! го!оу; б — Н1Р Аагго!оу; 7 — Шыра!оу) при 649 оС в терминах амплитуды полной деформации Ьсг.

Частота пагружсних — О,ЗЗ Гц; Н = — 1 ]25] !,О '. 7,4 аг,а яб о,г 707 707 7О~ 7О 47 лом прочности и пластичностью) в условиях однонаправленного растяжения представлено в виде сравнения данных по различным суперсцлавам на рис.10.5. Все зги сплавы разработаны для изготовления газотурбинных дисков. В режимах, при которых в амплитуде полной деформации Ьс, доминирует упругая компонента, долговечность сплавов, грубо говоря, возрастает с ростом предела прочности при однонаправленном растяжении.

Когда в амплитуде деформации доминирует неупругая компонента (Ьс;„), долговечность возрастает с ростом пластичности при однонаправленном растяжении. Но в обоих случаях зто лишь грубая корреляция; поведение в условиях усталости по многим причинам не является простым отражением поведения при однонаправленном растяжении. Последнее гораздо менее чувствительно к дефектам материала и не отражает механизмов, характеризуемых временной зависимостью повреждения и присущих циклическому нагружению при высоких температурах. По данным рис.

10.5 можно сделать вывод, что выбор того или иного материала диктуется режимом, в котором будет работать данная деталь. В такой области применения, как сосуды высокого давления для высоких температур или камеры сгования для газотурбинного двигателя, невозможно избежать порождаемых высокотемпературным нагревом значительных амплитуд неупругой деформации Ьспг Это заставляет прибегать к таким материалам, как суперсплавы с твердорастворным упрочнением, которые обладают пониженной прочностью, но повышенным допуском по отношению к уровню Ьспт При данном значении Ьс;„усталостная долговечность сплавов типа Наз(е]оу Х по крайней мере в 100 раз превышает таковую у любого из сплавов, упрочняемых т'-фазой н представленных на рис.

10.5. Несмотря на зто в программу разработки сплавов для любого применения входит повыше- 349 ние обоих уровней усталостной долговечности и по линии неупругой, и по линии упругой компонент амплитуды деформацииг и в такой степени, какую только можно допустить, не рискуя нанести вред другим заданным характеристикам. На рис. 10.6 в двойных логарифмических координатах представлена усталостная долговечность сплава ЬНщопгс 90 для различных значений 601„1271.

Наклон линий долговечности Ь уменьшается с повышением температуры примерно от -0,5 при 650оС до -0,8 при 900оС. Величины Ь, более отрицательные, чем — 0,6, не считаются необычными для супер- сплавов при высоких температурах. Столь крутые наклоны, вероятно, указывают на сокращение долговечности, когда в режим низкой амплитуды деформации и, следовательно, высокой долговечности включаются механизмы, предполагающие временную зависимость повреждения.

В большинстве случаев величина Ь остается неизменной для нескольких порядков пе;л. Тем не менее при испытаниях сплавов 1псопе1 718 128, 29) и т(гаяра1оу [291 было показано, что приближенно их усталостную долговечность можно описать кривыми с двойным наклоном (бимодальными). При малых значениях Ьсса долговечность оказывается пониженной (величина Ь более отрицательна). Создается впечатление Э что двоиной наклон — следствие грубого скольжения. У сплава %дара!оу двойного наклона нет при промежуточных температурах, где скольжение становится более тонким. У сплава 718 скольжение становится все более грубым с повышением температуры 110), так что бимодальность кривых долговечности устойчиво сохраняется 1281. Если изменение в значении Ь соответствует смене механизма деформации, можно было бы ожидать, что оно отразится на показателе степени л ' циклического деформационного упрочнения.

Ряд теорий предсказывает существование обратной зависимости между величинами д' и — Ь. Впервые зто соотношение было предложено 1301 выразить как -Ь = 1/(1+ л'). Однако ни одн го нз сплавов явного изменения и не наблюдали. Может о быть, сокращение долговечности против ожидаемой является следствием воздействия среды на участках грубых полос скольжения. Изменение усталостной долговечности (в координатах Ьс;„ — Ху) под влиянием изменения температуры отражает не только включение каких-то новых повреждающих процессо в„ 350 дг-» /о /О' /О-В /О-" /ОВ Р/В а гао сао вао воп т о Рнс.10гд Сплав гч(пзосйс 90.

Усталостная долговечность в германах амплнтуды неупругой деформацнн цср прн различных температурах (указаны числами у крнвых). частота нагрупення — 0,41 Гц; йе = -1 (271 исходная версня этой сгатьн впервые опубликована в трудак Конференцнн АОАКР/ИАТО (Ше Аемэогу Огонр о( Аегоярасе кеьсгсь апо Осте!орпзепь 1чоггн Аг!апг(с тгеагу Огхап~хаь(оп) 1970 г. Рнс.10.7. Сплав Ке и В ВО. Усталостная долговечность прн испытаниях с ПсетпаННОй аынпптУДОй НЕУПРУГОВ ДсфОРЬЫЦНН ЦС;л = 0,05% ДЛЯ РаЗЛНЧНЫХ тсМ- ператур н двух скоростей деформацнн е (311 г — е 50%/мнн; 2 — с 0,5%/мнн но и вызванное сменой температуры отклонение в уровне пластичности. Долговечность литейного сплава Кепй 80 (рис. 10.7) активно возрастает с увеличением температуры, начиная примерно с 760 оС 131). Низкая долговечность при 760 оС, цо крайней мере, отчасти отражает минимум пластичности, который обычно наблюдают при промежуточных температурах у сплавов, уцрочняемых у ' -фазой.

Повышенная долговечность Агу(осы) некотоРых матеРиалов пРи высоких температурах, может быть истолкована, как следствие затупления вершины трещины под влиянием процессов окисления '1321 В улучшенных высокопрочных сплавах возрастает роль различных дефектов типа пор или включений, ибо эти сплавы работают при более высоких напряжениях, но, как будет показано ниже, необязательно обладают улучшенным сопротивлением росту трещин. Дефекты в очень сильной степени определяют усталостную долговечность улучшенных суперспла- 351 вов при низких значениях Ьс„ особенно при низких и промежуточных температурах. При высоких температурах наиболее сушественным может стать повреждаюшее действие среды или процессов ползучести.

Из-за дефектов, свойственных изделиям из суперсплавов, которые производят методами порошковой металлургии, пришлось развернуть обширные программы, направленные на усовершенствование методов обработки (см. гл. 17). Нередко усталостная долговечность поликристаллических или направленно закристаллизованных отливок определяется карбидными выделениями [33[. В суперсплавы для монокристаллических изделий углерод чаще всего специально не вводят, так что для них фактором, ограничивающим усталостную долговечность, становятся небольшие микропоры.

Чтобы использовать малейшие ресурсы надежности и сократить до минимума пористость изделий, исследуют возможности таких технологических приемов, как применение плоского фронта кристаллизации и горячее изостатическое прессование. Ранее мы отмечали, что на пике старения создаются условия для сосредоточения деформации в немногочисленных полосах скольжения, что при данном значении Ьс;и вызывает наиболее раннее возникновение усталостной трещины (см. рис. 10.3). Более равномерное распределение скольжения в недостаренном или перестаренном состоянии обеспечивает более высокое сопротивление возникновению трещин в полюсах скольжения. Имеются доказательства, что у перестареиных материалов возникновение усталостных трещин на дефектах задерживается.

Следует, однако, тщательно взвешивать возможные преимущества термической обработки на перестаривание, коль скоро она приводит к снижению прочности. Одним из источников увеличения усталостной прочности является повышение равномерности деформации с помошью термомеханической обработки. Созданная ею и наследуемая материалом дислокационная субструктура должна содействовать гомогенизации последующего циклического деформирования. Хорошо известно, что сопротивление возникновению усталостной трещины выше у материалов с мелкозернистой микро-' структурой при низких температурах, когда вклад ползучести и влияние среды минимальны.

В обычных литейных и деформируемых суперсплавах, даже при наличии крупных карбидных частиц, полоса интенсивного скольжения или граница 352 двойников, пересекающая крупное зерно, могут представлять собой наиболее крупный и сушественный дефект [1[. Своей явной чувствительностью к дефектам мелкозернистые изделия, получаемые методами порошковой металлургии, обязаны отчасти тому факту, что размер зерен меньше размеров дефекта. И все же в таких изделиях из суперсплавов [34, 35[ трешнна вместо того, чтобы возникать на включениях или порах, то и дело возникает на случайных крупных зернах.

Размер этих редких зерен может в 10 раз превышать средний размер, а их источником являются порошинки с отклонением по химическому составу. По сравнению с размером зерен морфология границ зерен в меньшей степени влияет на характеристики усталости при низких температурах, поскольку обычно усталостное растрескивание не бывает межзеренным. Подобно величине Ьсгн, на усталостную долговечность влияет и среднее напряжение.

Высокие срелние напряжения ответственны. за раннее возникновение трешины на дефектах материала, Среднее напряжение определенно возникает при циклическом изменении нагрузки между двумя несбалансированными уровнями напряжения. Однако оно может возникать и при испытаниях с заданной амплитудой деформации. Как показано на рис.