Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Экспертные исследования причин разрушения материалов - файл Лк10.doc


Лекции - Экспертные исследования причин разрушения материалов
скачать (15774.4 kb.)

Доступные файлы (12):

Лк01 Введение.doc3600kb.06.09.2010 22:33скачать
Лк02.doc161kb.13.09.2009 22:48скачать
Лк03.doc1221kb.13.09.2009 23:00скачать
Лк04.doc3086kb.30.10.2008 22:45скачать
Лк05.doc1825kb.30.10.2008 22:48скачать
Лк06.doc1317kb.29.09.2008 22:26скачать
Лк07.doc491kb.29.07.2006 09:07скачать
Лк08.doc1206kb.07.10.2009 21:50скачать
Лк09.doc537kb.14.09.2009 00:08скачать
Лк10.doc536kb.14.09.2009 00:09скачать
Лк11.doc2902kb.14.09.2009 00:16скачать
Лк12.doc292kb.14.09.2009 00:14скачать

Лк10.doc

Лекция 10

Разрушение при термической усталости

Краткое содержание: Основные понятия о термической усталости. Влияние конструктивных и технологических параметров на термоусталость. Влияние структуры материала, условий термоциклических нагрузок на характер зарождения трещин (межзеренный или внутризеренный).
10.1. Основные понятия о термической усталости

Термическая усталость - это разрушение под действием переменных напряжений, возникающих при температурных изменениях тела.

Напряжения образуются под влиянием неравномерной деформации, которая наблюдается при нагреве и охлаждении детали.

Переменное действие температуры, вызвавшее разрушение за один цикл называются термическим ударом (закалочные трещины).

Термическая усталость, по определению Д.К. Чернова, - результат затрудненных расширения и усадки элементов тела, сопровождающихся пластической деформацией.

Наличие высоких градиентов напряжений у поверхности термоциклирования и пластической деформации одного или обоих знаков (растяжение, сжатие) является важнейшей отличительной чертой развития термоусталостных процессов. Под действием термических напряжений происходит искажение формы тела и его разрушение (образование разгарных трещин).

Термическое разрушение - это процесс, идущий во времени.

Действие повторных термических напряжений лишь в относительно редких случаях имеет самостоятельное значение. Чаще термоциклирование накладывается с длительным статическим, динамическим или др. видом нагружения и сопровождается комплексом явлений, проходящих в материалах при высоких t - окислением, старением, рекристаллизацией, ползучестью и др.

Картина термической усталости осложняется тем, что для характеристики данного разрушения является существенным не только число циклов, уровень max и min температуры цикла, но и длительность нагружения. Последний фактор имеет тем больше значение, чем выше температура цикла. Количество трещин от термоусталости резко возрастает с увеличением времени эксплуатации.
^ 10.2. Влияние конструктивных и технологических параметров

на термоусталость

На термостойкость детали так же влияют конструктивные и технологические факторы: наличие конструктивных концентраторов напряжений в местах изменений сечений, у отверстий и т.д. и металлургических дефектов.



Термическая усталость часто проявляется в деталях поршневых дизельных двигателей, в колесах железнодорожных локомотивов, в теплообменниках, штампах, валках прокатных станов и др. деталях и узлах, работающих в условиях нестационарных температурных режимов.

Трещины от термоциклических нагрузок имеют как межзеренный, так и внутризеренный характер. Характер разрушения определяется в первую очередь уровнем температур, суммарным временем выдержки при высокой температуре, а также структурой материала.



Пример : Алюминиевый сплав АК 4 – 1 (Al, Cu, Mg, Fe, Ni, Si )

т/о: Закалка 520°С, вода, старение 160 - 170°С.

Структура: α – тв. раствор + дисперсные частицы

Упрочняющие фазы (Mg2Si, CuAl2, ω (омега) – AlxMg5Cu5Si4)
В большинстве случаев нагружение теплосменами приводит к большему повреждению границ зерен, чем тела зерна. Даже при преимущественно внутризеренном распространении трещин разрушение в самой начальной стадии, как правило, происходит по границам зерен. Часто начальный участок трещины представляет собой изъязвленную поверхность, образовавшуюся под влиянием коррозии или путем слияния нескольких первичных надрывов.

Вид трещин существенно зависит от пластичности материала: в пластичных они имеют характер разветвленных «паучков», в хрупких материалах трещины менее многочисленны, прямолинейны с редкими «отростками», отходящими от основной трещины под углами, близкими к 90°.

При термической усталости характерно множественное возникновение трещин, так как при каждом повторном цикле термического воздействия наибольшие напряжения возникают в разных местах, что и приводит к образованию новых трещин. При дальнейшей эксплуатации, как правило, интенсивно развиваются одна или две трещины, остальные растут очень медленно.

поверхность



вязкий термоусталостная хрупкий

материал трещина материал

Рис. 10.1. Схема растрескивания
В большинстве случаев термоциклического нагружения образуются трещины, которые развиваются медленно и сами по себе не приводят к окончательному разрушению. Если вначале скорость развития трещины и бывает относительно велика, то по мере распространения вглубь она постепенно падает. Это дает основание называть трещины термической усталости трещинами «разгара». Как правило, на термоусталостных изломах обнаруживается от одного до трех основных очагов и все они располагаются непосредственно у поверхности.

Основной очаг выявляется по максимальной протяженности прилегающей к нему усталостной зоны. Как основной очаг, так и вторичные очаги являются трещинами разгара, поэтому стенки трещин, а следовательно, и поверхность излома сильно окислена. Степень окисления даже соседних трещин может быть различной, что свидетельствует о неодновременном возникновении трещин и относительно медленном их развитии.



Рис.10.2. Виды излома после механической усталости и термоусталости

В пределах усталостной зоны обнаруживается характерный усталостный рисунок, но рубцы расходящиеся от очага очерчены не резко, слабо выражены концентрические кольца. Особым признаком излома при термоциклическом нагружении, отличающим его от излома механической усталости, является большая сглаженность, не резкость, некоторая оплавленность рельефа.
^ Пример экспертного исследования

Анализ причин разрушения детали « пружина»

и составление экспертного заключения
Исследование №1.

Определить причину разрушения пружины рессорного подвешивания тепловоза. Пружина вышла из строя на тепловозе после его пробега 136405 км.

  1. Порядок выполнения исследования:

  • Контрольный химический анализ;

  • Определение твердости;

  • Описание излома;

  • Макроанализ;

  • Микроанализ.

Результаты исследования.

^

1. Химический анализ стали, %


C

Mn

Si

S

P

Cr

Ni

0,58

0,85

2,0

0,017

0,016

0,08

0,25

  1. Результаты измерения твердости: 44 – 45 HRC.

  2. Описание излома.

Излом пружины усталостный. Усталостная трещина возникла от поверхностного дефекта, росла медленно, поверхность окислена. ( на рисунке усталостная трещина темный участок излома в верхней части).


^

Рис.10.3. Излом разрушенной пружины





  1. Макроскопический анализ.

Пружина подвергалась травлению в 50% водном растворе соляной кислоты. После травления на поверхности пружины обнаружена тонкая трещина, идущая вдоль разрушенного витка и являющаяся началом развития трещины.


Рис. 10.4. Вид трещины на внешней поверхности витка


  1. Микроскопический анализ.

В месте расположения поверхностной трещины вырезан образец для изучения микроструктуры. Микрошлиф изготовлен в поперечном сечении. Исследованием микроструктуры установлено, что глубина проникновения трещины 0,26 мм. Трещина заполнена оксидами, по её краям наблюдается обезуглероженность. Структура пружины троосто – мартенситная.


Рис. 10.5. Микроструктура: а – до травления; б – после травления
Выводы.

  1. Согласно контрольному химическому анализу материалом пружины является сталь 60С2 – ГОСТ 14959 – 71, что соответствует техническим требованиям чертежа.

  2. Твердость и микроструктура удовлетворительные, что характеризует хорошее качество термической обработки.

  3. На поверхности пружины обнаружена трещина с окисленной и обезуглероженной поверхностью, что свидетельствует об их образовании в процессе прокатки прутка.

Заключение


Проведенным металлографическим исследованием установлено, что причиной выхода из строя пружины рессорного подвешивания тепловоза является наличие поверхностной трещины, которая стала началом развития разрушения.
Исследование № 2

Определить причину образования трещины в пружине тепловоза (диаметр прутка 16 мм), обнаруженной после закалки.

  1. Порядок выполнения исследования:

  • Контрольный химический анализ;

  • Определение твердости;

  • Микроанализ.

Результаты исследования.
^

1. Химический анализ стали, %


C

Mn

Si

S

P

Cr

Ni

0,59

0,80

2,01

0,017

0,016

0,08

0,25




  1. Результаты измерения твердости: 44 – 45 HRC.

  2. Микроскопический анализ

В месте расположения трещины изготовлен микрошлиф в поперечном сечении прутка. Трещина распространяется вглубь на 4 мм. При исследовании под микроскопом определено, что трещина извилистая, расположена перпендикулярно поверхности, оксидов и обезуглероженности вдоль трещины не обнаружено. Микроструктура троосто – мартенситная, крупнозернистая.


Рис.10.6. Микроструктура разрушенного рычага
Заключение

Химический состав стали и твердость пружины соответствуют требования чертежа. Расположение трещины, отсутствие окисления её поверхности и обезуглероженности, крупное зерно, свидетельствуют о том, что трещина образовалась в процессе закалки, то есть был нарушен режим термической обработки.


Скачать файл (15774.4 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации