розділ 2
Динамічна повзучість гладких зразків зі сплаву АМг6
Експлуатація багатьох елементів конструкцій у машинобудуванні, авіатехніці,
мостобудуванні супроводжується взаємодією високого рівня статичних навантажень
та довготривалих низькоамплітудних циклічних напружень (турбіни, трубопроводи,
посудини високого тиску, мостові конструкції та ін.). В залежності від
механічних характеристик матеріалу та температури експлуатації циклічне
навантажування може сповільнювати [101, 110] або інтенсифікувати деформацію
повзучості [99, 100, 104, 107 - 110]. Водночас циклічна складова впливає на
пошкоджуваність [127] та мікроструктуру матеріалу [111].
У якості об’єкта дослідження обрано алюмінієво–магнієвий сплав АМг6. В багатьох
випадках сплав АМг6 успішно конкурує зі сталями та титановими сплавами завдяки
низькій питомій масі, високим показникам опору до руйнування за дії статичних,
циклічних та динамічних навантажень, високій корозійній стійкості.
Технологічність цього сплаву дозволяє широко використовувати його для
виготовлення несучих конструкцій, деталей та метизів в авіа- та
суднобудуванні.
Згідно з ГОСТ 4784-84 до складу сплаву АМг6 входить алюміній та марганець,
титан, берилій у якості легуючих елементів. Допускається вміст домішків заліза,
кремнію, міді, цинку та ін. (табл.2.1).
Таблиця 2.1
Хімічний склад сплаву АМг6
Основа
Легуючі елементи, %
Домішки, % (max)
Al
Mg
Mn
Ti
Be
Fe
Si
Cu
Zn
Інші
5,8..6,6
0,5..0,8
0,02..0,1
0,002..0,005
0,4
0,4
0,1
0,2
0,1
Механічні властивості сплаву АМг6 у стані постачання при 293 К подано в таблиці
2.2 [126].
Таблиця 2.2
Механічні властивості сплаву АМг6 при Т=293 К
s02, МПа
sв, МПа
Е, МПа
d’, %
Y, %
175
360
0,74x105
18,2
34,0
2.1. Експериментальні методики дослідження динамічної повзучості гладких
зразків
Дослідження повзучості сплаву АМг6 виконувались на серво-гідравлічній машині
СТМ–100 виробництва авіаційного науково–технічного комплексу (АНТК) імені О.К.
Антонова (м. Київ). Дана машина забезпечує статичне та циклічне навантажування
при одновісному розтягові та стиску з максимальним зусиллям 100 кН. Для
керування випробувальною машиною СТМ-100 від комп’ютера використовується
спеціально розроблений пакет прикладних програм ПОШУК. Програмне забезпечення
ПОШУК забезпечує підготовку параметрів каналів, підготовку програми випробувань
за чотирма незалежними каналами (навантаженням, переміщенням штока та за двома
пружно-пластичними деформаціями), реєстрацію параметрів випробування з обраною
часовою дискретністю, кратною 0,055 сек. Програма ПОШУК працює в діалоговому
режимі, що дає можливість оператору керувати ходом випробувань. При всіх
режимах випробувань гарантується точність підтримування величини задаючого
сигналу за вибраним параметром та точність вимірювання контрольованих величин
не нижче 1% від максимального значення встановленого масштабного діапазону.
Для дослідження впливу одновісного розтягу, повзучості та динамічної повзучості
на напружено-деформований стан матеріалу використовувались зразки зі сплаву
АМг6, робоче креслення яких зображено на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Зразок із сплаву АМг6 для випробувань на повзучість.
Усі зразки були виготовлені з прокатного круглого профілю з матеріалу однієї
партії постачання. З метою дотримання чистоти експерименту при підготовці
зразків особлива увага зверталась на отримання відповідних розмірів. Точність
виготовлення зразків і чистота поверхні відповідали вимогам діючої
нормативно-технічної документації [18, 19]. Для діаметра робочої частини
гладких зразків відхилення складали не більше 0,03 мм.
Поздовжня деформація робочої частини досліджуваного зразка фіксувалась
чотирьохелементним тензодатчиком місткового типу з базою вимірювання 25 мм.
Тензодатчик кріпиться на зразку (2) за допомогою ножових упорів (3) та
пружинних елементів (4) (рис. 2.2).
Відносну деформацію одновісного розтягу та повзучості визначалась згідно з
формулою:
e = DL / L0,
де DL – абсолютна деформація робочої ділянки зразка; L0 – база вимірювань.
Рис. 2.2. Схема встановлення тензодавача на циліндричному зразку.
Дослідження проводились при температурі 293 К. Схеми навантажувань приведені на
рис. 2.3.
Рис. 2.3. Схема статичного (1) і комбінованого (2) навантажування у дослідах на
одновісний розтяг (а) та повзучість (б).
В умовах одновісного розтягу зразки навантажувались до моменту шийкоутворення з
тією ж швидкістю, що і попередній розтяг у дослідах на повзучість.
При випробуваннях на повзучість зразки навантажували до заданого напруження sс
зі швидкістю =1,6 МПа/с. Рівень навантажування підтримувався протягом 60 – 500
хвилин у залежності від умов експерименту. Значення sс знаходились в межах
300...355 МПа.
При динамічній повзучості напруження зростали в часі з аналогічною швидкістю
=1,6 МПа/с до величини sm, після чого зразок циклічно навантажували з
амплітудою sa і частотою f (рис. 2.3). Параметри циклічного навантажування
гладких зразків змінювались у межах: smax від 300 до 355 МПа, sа - від 12,5 до
37,5 МПа , f від 10 до 50 Гц. Коефіцієнт асиметрії циклу навантажування
R=smin/smax змінювався в межах 0,78 – 0,93 (тут smin, smax – відповідно
найбільше та найменше напруження в циклі).
Для виявлення впливу одновісного розтягу, статичної та динамічної повзучості на
мікроструктуру сплаву АМг6 проведено металографічні дослідження зразків після
відповідних типів навантажування на металографічному мікроскопі МИМ-10. Із
зразків вирізали спеціальні темплети у поперечному та поздовжньому напрямку
(рис.2.4). Мікроструктуру фіксували в 2–ох точках поздовжнього та поперечного
перерізу.
Ри
- Київ+380960830922