Вплив частоти та асиметрії циклу навантаження на швидкість поширення корозійно-втомних тріщин

Abstract

Побудовано базові діаграми циклічної корозійної тріщиностійкості конструкційних сталей 20, 12Х1МФ та 08Х18Н12Т, які є основою для проведення розрахунків на довговічність, а також відображають вплив частоти й асиметрії циклу навантаження на швидкість поширення корозійно- втомних тріщин. Для досліджених сталей встановлено екстремальні значення частоти навантаження f = f ∗ , тобто такі, коли проявляється максимальний вплив корозивного середовища на ріст корозійно- втомних тріщин. Показано, що зі зростанням коефіцієнта асиметрії циклу від R = 0 до R = 0, 7 для всіх сталей суттєво знижуються характеристики циклічної корозійної тріщиностійкості. При цьому діаграми їх циклічної корозійної тріщиностійкості зміщуються в область менших значень ∆K , а також стають більш стрімкішими. Враховуючи спектр отриманих експериментальних даних, можна стверджувати, що використання методів механіки руйнування і, зокрема, характеристик тріщиностійкості матеріалів для оцінювання та прогнозування залишкового ресурсу елементів різноманітних відповідальних конструкцій дасть можливість не тільки здійснити принципово якісні зміни в підходах до вирішення цієї проблеми, але й сприятиме зближенню вітчизняної нормативної бази з міжнародною.

Based on the results of experimental tests the corrosion fatigue crack growth diagrams for steels 20, 12Х1МФ and 08Х18Н12Т were constructed, which are the base for durability calculation of structural components. These diagrams also reflect the influence of frequency and stress ration of loading cycle on fatigue cracks propagation under presence of corrosive operating environment. The frequency of cyclic loading defines the development of fatigue cracks in structural steels under conditions of corrosive-aggressive environments inasmuch as effects on the time of interaction of corrosion environment with the deformed metal at the pre-fracture zone of material. For studied steels the characteristic values of frequency of loading f = f ∗ were found, when the maximal environmental effect on corrosion fatigue crack growth rate is achieved. Such extreme on frequency dependence is associated with the ratio of rates of the electrochemical reactions flow in the vicinity the crack tip and the formation of new electrochemically active surface due to crack propagation. These data should be used under construction of the basic corrosion fatigue crack growth diagrams, which are intended for further calculation of durability of defected structural elements. Based on the test results it has been shown that with the increase of stress ration from R = 0 to R = 0.7 the crack growth resistance of given steels decreases significantly. Under the corrosion fatigue crack growth diagrams shift to the range of lower values of ∆K and their slope increases. Presented results testified the necessity to take into account the effects of the stress ratio under construction of basic diagrams of corrosion fatigue crack growth resistance for durability calculation. Taking into account the received spectrum of the experimental data it can be stated that application of fracture mechanics methods as well as characteristics of fatigue growth resistance for the assessment of residual lifetime of different structural elements gives the possibility to make the essentially qualitative changes in approaches for solution of this problem and also to converge the national codes with international.