Ghostscript wrapper for D:\BBB-ARCH\MTS69\MTS69_t7z1_4_PDF\mts69_t7z4.pdf M E C H A N I K A  TEORETYCZNA  I  STOSOWANA  4,  7 (1969)  W P Ł Y W  P O Z I O M U  N A P R Ę Ż E N IA  I  W S P Ó Ł C Z Y N N I K A  A M P L I T U D Y  N A P R Ę Ż E N IA  N A  P R O C E S  W I B R O P E Ł Z  A N I  A ' )  ANATOLIUSZ  J A K O W L U K  (BIAŁYSTOK)  1.  W s t ę p  Przedstawiana  praca  poś wię cona jest  zbadaniu  wpływu  niektórych  parametrów  na  pro­ ces  wibropełzania  próbek,  poddanych  działaniu  jednoosiowego  stanu  naprę ż enia.  Dla  ustalenia  tych parametrów  i zdefiniowania poję cia  «wibropełzanie»  przeanalizujemy  zasto­ sowaną  zmienność  naprę ż enia  w  czasie.  Niech  naprę ż enie  a(t)  zmienia się w czasie  w  sposób  okreś lony  zależ noś cią   (1.1)  cr(/) =  om+oa  smwt,  gdzie:  am  — naprę ż enie  ś rednie,  aa  — amplituda  naprę ż eń  zmiennych,  ш — prę dkość   ką towa.  Wprowadzając  stosunek  amplitudy  naprę ż enia  aa  do  naprę ż enia  ś redniego cr,„  (1.2)  Л  =  —  Om  zwanego  dalej  współczynnikiem  amplitudy  naprę ż enia,  wyraż enie  (1.1)  moż na  zapisać   w  postaci:  (1.3)  a(t)  =  om{\+A„smwt).  Dobierając  odpowiednio  wartoś ci  naprę ż eń  am  i  aa  moż emy  wyróż nić  dwa  nastę pują ce  przypadki  graniczne:  am  ф  0,  aa  =  0  (Aa  =  0)  — pełzanie  statyczne,  am  =  0,  aa  ф  0  (A„ =  oo) —  zmę czenie  przy  cyklu  symetrycznym.  W  przedziale  zawartym  mię dzy  wymienionymi  przypadkami  granicznymi, przy  małych  wartoś ciach  współczynnika  amplitudy  naprę ż enia  Aa,  przeważ ać  bę dzie  proces  pełzania  nad  procesem  zmę czenia,  przy  wzroś cie  zaś  Aa  zachodzi zjawisko  odwrotne  — zmę czenie  bę dzie  przeważ ać  nad  procesem  pełzania.  Złoż ony  proces  pełzania  zachodzą cy  w  roz­ patrywanym  przedziale  bę dziemy  nazywać  ogólnie  pełzaniem  dynamicznym.  Odpowiednio  w  literaturze  angielskiej  utrwala  się nazwa  dynamie  creep  [1, 2,  ...], w rosyjskiej  zaś  wibro­ ')  A r t y k u ł  jest  p i e r w s z ą  c z ę ś c ią  p r a c y  w y r ó ż n i o n ej  I  n a g r o d ą  n a  o g ó l n o p o l s k i m  k o n k u r s i e  n a  prace  d o ś w i a d c z a l ne  z  m e c h a n i k i ,  z o r g a n i z o w a n y m  prze z  O d d z i a ł  W r o c ł a w s k i  P T M T S  w  1968  r.  486  A .  J A K O W L U K  pohucziest'  [3  ...]. W pełzaniu  dynamicznym  według  autora  [4]  należy  wyróż nić  dwa  za­ kresy,  kiedy:  1) wibracje  przy  małym  Aa  nie  powodują  zmę czenia  (złom  nie  ma charakteru  zmę cze­ niowego),  ale  łą cznie  z  działaniem  naprę ż enia  statycznego  wywołują  proces  pełzania,  bę dziemy  nazywali wibropelzaniem,  2)  wibracje  przy  duż ym  Aa  powodują  proces  pełzania  i  zmę czenia  bę dziemy  nazywali  pełzaniem  w procesie  zmę czenia.  Oczywiste  jest,  że nie da się  przeprowadzić  wyraź nej  granicy  podziału  mię dzy  wibro­ pełzaniem  a  pełzaniem  w procesie  zmę czenia.  Jednakże  ze  wzglę du  na  istotną  róż nicę   w  mechanizmach  powstawania  stanów  dekohezji  (przy  pełzaniu  w procesie  zmę czenia  złom  rozdzielczy,  przy  wibropełzaniu  przełom  poś lizgowy  [5]),  jak  również  z uwagi na to,  że przy duż ych  A„ trwałość próbek jest rzę du kilkuset tysię cy cykli, podczas gdy przy  małych  A„  i  przy  stosunkowo  duż ych  odkształceniach  pełzania  ep  próbki  mogą  przenosić  setki  milionów  cykli,  autor  uważ ał  za celowe  dokonanie  takiego  rozróż nienia.  Poznanie obu  procesów  ma duże  znaczenie  praktyczne.  Dla  wię kszych  Aa,  przy  ograniczonej  granicy  zmę czenia,  tj.  dla  pełzania w procesie zmę­ czenia,  przy  projektowaniu  elementów  niektórych  konstrukcji  należy  uwzglę dnić  nie  tylko  warunek  wytrzymałoś ci  na  zmę czenie,  lecz  również  warunek  sztywnoś ci  czasowej  odkształ­ cenia  przy  zmę czeniu  w postaci  (1­4)  £ P <  epdop.  Prac  na temat  pełzania  w procesie  zmę czenia  ukazało  się sporo.  Pierwsze  informacje  na  temat  istnienia  pełzania  w  procesie  zmę czenia  pochodzą  z koń ca  lat trzydziestych od  badaczy  niemieckich.  Do  pierwszych  badań  doś wiadczalnych  z tej dziedziny,  przeprowa­ dzonych  w sposób  usystematyzowany, należy zaliczyć badania  LAZANA  [1]  Z 1949 r. Jednak­ że w badaniach  tych  odkształcenia  mierzono  dopiero po zniszczeniu  próbki.  Bardzo  duży  wkład  wniosła  szkoła japoń ska  na  począ tku  lat sześ ć dziesią tych.  Pierwsze badania  krajowe  na  ten temat  przedstawił  autor  [6] w 1964  r.  Bardziej  szczegółowe  omówienie  tej proble­ matyki  oraz  bibliografię  do niej,  moż na  znaleźć  w  pracy  autora  [4].  Przejdź my  do bezpoś redniego  tematu  niniejszej  pracy,  tj. do  wibropełzania.  Zagadnienie  wibropełzania  ma duże  znaczenie  w wielu  dziedzinach  praktyki  inż ynier­ skiej,  takich  jak:  lotnictwo,  technika  rakietowa,  energetyka,  budowa  mostów  kolejowych  oraz  drogowych  itp.  A więc  wszę dzie  tam,  gdzie  wystę pują  duże  naprę ż enia  ś rednie  am,  a  obok  nich  małe  wibracje  pochodzą ce  od pracy  silników,  bą dź  innych  czynników  wzbu­ dzają cych  drgania  elementów  konstrukcji.  Dotychczas  na temat  wibropełzania  w metalach  ukazało  się niewiele  prac,  przy  czym  niektórzy  autorzy  dochodzą  do  przeciwstawnych  wniosków.  Do  pierwszych z tej  dziedziny  należy  zaliczyć  pracę  KENNEDY'EGO  [7] z  1956 г .,  w  której  zostały  przedstawione  badania  wpływu  nałoż enia  na stałe  naprę ż enie  osiowe  naprę ż enia  zmiennego ze stosunkowo  małą   amplitudą  (A„  =0,016—0,116)  na  proces pełzania.  Badaniom  były  poddane  próbki z oło­ wiu  w temperaturze  305°K.  Z  badań  tych  wynika,  że nałoż enie  na naprę ż enie  statyczne  am  naprę ż enia  zmiennego o amplitudzie  stanowią cej  5,6% am  wywołuje  wię kszy  efekt  peł­ zania,  niż  przykładanie  na takie  same okresy  czasu  przecią ż enia  statycznego  stanowią cego  6,6%  am.  Efekt  był  bardzo  wyraź ny,  ale należy  podkreś lić,  że  pełzanie  odbywało  się  przy  W P Ł Y W  POZIOMU  NAPRĘ Ż ENIA  I  WSPÓŁCZYNNIKA  AMPLITUDY  487  duż ym  poziomie  naprę ż enia  am,  gdyż  odkształcenia  natychmiastowe  wynosiły  około  3%,  odkształcenia  całkowite  zaś — do  11%.  Czas  do  zerowania  w  próbie  najdłuż ej  trwają cej  wynosił  zaledwie  100  minut.  Aktywują cy  wpływ  wibracji  na  proces  pełzania  stwierdzono w pracy  ZIEMBY  i autora  [8]  na  stopie  aluminiowym  A l ­ M g ­ S i ( P A 4)  przy  A„  =  0,0066—0,20.  W  pracy  autora  [5]  na  stopie  AI­Mg5(PA3)  przy  Aa  =  0,0061  oprócz  aktywacji  pełzania  stwierdzono  skró­ cenie  ż ywotnoś ci  próbek.  Na  tych  stopach  badania  były  prowadzone  w  temperaturze  296°K.  i  przy  czę stotliwoś ci  31  Hz.  MANJOINE  [9]  na  stopie  A l ­ C u  przy  temperaturze  478°K  i przy  naprę ż eniach  am+aa  =  =  155±15  M N / m 2  z  czę stotliwoś cią  v  =  20  Hz  stwierdził  wię ksze  prę dkoś ci  pełzania,  niż  przy  naprę ż eniu  statycznym  am  =  155  M N / m 2 .  Jednakże  przy  niż szym  poziomie  na­ prę ż enia  a,„ było  odwrotnie.  W  pracy  Ż UKOWA  i  IWANOWEJ  [10]  przy  badaniu  stali  ż aroodpornej  w  temperaturze  873°K  stwierdzono,  że  nałoż enie  małych  naprę ż eń  zmiennych  na  naprę ż enie  statyczne  powoduje  hamują cy  wpływ  na  proces  pełzania.  Jednakże  pełzanie  w  tym  przypadku  od­ bywało  się  przy  stosunkowo  małych  naprę ż eniach  ś rednich  wywołują cych  odkształcenia  0,05­0,4%  po  100  h.  Przy  tak  małych  odkształceniach  mogło  się  zdarzyć,  że  przyczyną   hamują cą  proces pełzania  nie  były  wibracje.  Ogólnie,  małe  róż nice  małych  wielkoś ci  mogą   być  spowodowane  na  przykład  błę dami  maszyny  itp.  W  szczególnych  przypadkach  jest  moż liwe,  że  wibracje  bę dą  wywierać  hamują cy  wpływ  na  proces  pełzania.  Byłoby  tak  wówczas,  gdyby  wibracje  przyspieszały  dyspersyjne  utwardzanie  danego  tworzywa  kilku­ fazowego.  Z  przedstawionego przeglą du  prac wynika,  że efekt  wibropełzania  nie jest jednoznaczny.  Dotychczas  nie  wyjaś niono  dostatecznie  wpływu  na  ten  efekt  poziomu  naprę ż enia  oraz  warunków  termicznych.  Nie  wyjaś niono  również  wpływu  czę stotliwoś ci.  Badaniu  wpływu  poziomu  naprę ż enia  i  czę stotliwoś ci  na  proces  wibropełzania  autor  poś wię cił  pracę  [11].  Celem  niniejszej  pracy  jest  wyjaś nienie,  na  stopie  A l ­ M g ­ S i ( P A 4 )  w  stałej  tempera­ turze,  wpływu  na  proces  wibropełzania  nastę pują cych  parametrów:  1) poziomu  naprę ż enia,  2)  współczynnika  amplitudy  naprę ż enia  Aa,  naprę ż enia  ś redniego am  i naprę ż enia maksy­ malnego  o ­ m „ .  Ostatni  punkt  od  strony  jakoś ciowej  był  przedstawiony  we  wcześ niejszej  pracy  autora  [12].  W  tym  miejscu  badania  te  bę dą  przedstawione  również  od  strony  iloś ciowej.  2.  Dane  d o t y c z ą ce  realizacji  prób  2.1.  Tworzywo,  próbki,  d o k ł a d n o ś ć  pomiaru  w y d ł u ż e ń.  Badania  przeprowadzono  na  prób­ kach  ze  stopu  aluminium  A l ­ M g ­ S i ( P A 4)  wykonanych  z  prę tów  o  ś rednicy  d  =  15  mm.  Wszystkie prę ty  dostarczone przez hutę  były wykonane z jednego wlewka.  Skład  chemiczny  stopu,  zgodnie  z  atestem  hutniczym, jest  nastę pują cy:  Cu — 0,10%,  Fe  — 0,21%,  M n —  0,71%,  M g — 0,95%,  Si —  1,0%,  Zn  — 0,18%,  A l — reszta.  Prę ty  po  walcowaniu  na  zimno  były  w cią gu  5 h poddane przesycaniu przez wygrzewanie  w temperaturze 803°K.  Nastę pnie, po  ochłodzeniu  w wodzie w temperaturze 363°K,  w cią gu  około  1 h  zostały  poddane  sztucznemu  starzeniu  w temperaturze  428­433°K.  488  A .  J A K O W L U K  Oznaczenie jednorodnoś ci  materiału  i  wyznaczenie podstawowych  własnoś ci  mechanicz­ nych  badanego stopu  zostały podane w pracy  [4].  W  tym  miejscu  należy jedynie  stwierdzić,  że  tworzywo  było  dość  jednorodne,  a  jego  własnoś ci  mechaniczne  podlegały  rozkładowi  normalnemu.  Wartoś ci  ś rednie  wielkoś ci  mechanicznych, uzyskane w temperaturze  296°K,  są  nastę pują ce:  Rm  =  368  M N / m 2 ,  Re  =  266  M N / m 2 ,  R w  =  248  M N / m 2 ,  E  =  73,2  G N / m 2 ,  A5  =  17,0%,  Z  =  29,0%.  Do  prób  pełzania  i  wibropełzania  były  stosowane próbki  przedstawione  na  rys.  1.  200  R y s .  1.  P r ó b k a  d o  p r z e p r o w a d z a n i a  p r ó b  n a  w i b r o p e ł z a n i e  Przy  realizacji  prób  na  pełzanie  (A„  =  0)  do  pomiaru  wydłuż eń  był  uż ywany  dwuczujni­ kowy  tensometr  typu  Mk3  produkcji  N R D ,  z  zastosowaniem  bazy  pomiarowej  L0  =  =  50  mm,  z  elementarną  działką  0,01  mm.  Odczyt  robiono  z kilkakrotnie  wię kszą  dokład­ noś cią,  gdyż ze wzglę du  na  dość szeroką  działkę elementarną  moż na  było wzrokowo  okreś lić   wynik  z  dokładnoś cią  do  około  0,002  mm.  Przy  realizacji  prób  na  wibropełzanie,  do  pomiaru  wydłuż eń  posługiwano  się  mikro­ skopem  firmy  Zeiss  ze  spiralą  Archimedesa  o  działce  elementarnej  1  /nm.  Dla  kontroli  pomiarów  prowadzonych  w  trakcie  badań  próbki  przed  poddaniem  ich  procesowi  wibro­ pełzania  i  po  zakoń czeniu  próby  mierzono  na  komparatorze  firmy  Zeiss  również  z  do­ kładnoś cią  do  1  /и т .  2.2.  M a s z y n y  u ż y te  do  r e a l i z a c j i  p r ó b .  Próby  na  pełzanie  statyczne  (A„  =  0)  zostały  prze­ prowadzone  na  pełzarkach  firmy  Schopper. Pełzarki przed przeprowadzeniem prób  zostały  poddane  legalizacji,  którą  przeprowadził  Okrę gowy  Urząd  Miar  w  Warszawie.  W  wyniku  przeprowadzonej  legalizacji  dla  każ dej  pełzarki  został  ustalony  tzw.  «błąd  maszyny»  się ga­ ją cy  ± 1 % ­  W  celu  wyeliminowania  wpływu  błę du  maszyny  na  uzyskiwane  wyniki,  na­ prę ż enia  ustalone  dla  danej  próby  korygowano  o  dany  błąd  maszyny.  Próby  wibropełzania  przeprowadzono  na  adaptowanej  do  tego  celu  pełzarce,  o  maksy­ malnym  zakresie 49  k N  (5000 kG)  firmy  Schopper.  Do  wywoływania  w próbce  naprę ż enia  zmiennego  o  amplitudzie  aa  włą czono  nad  próbkę  wibrator  bezwładnoś ciowy.  Wibrator  został  skonstruowany  w  ten  sposób,  że  masy  mimoś rodowe  zamocowano  na  dwóch  tar­ czach  bliź niaczych  umieszczonych  symetrycznie  wzglę dem  osi  uchwytów  próbki.  Zwię k­ szenie  amplitudy  siły  wibratora  uzyskuje  się  przez  dokładanie  odpowiednich  stalowych  płytek  równocześ nie  na  obie  tarcze,  wzglę dnie  zwię kszanie  mimoś rodu,  lub  też  równo­ cześ nie  przez  dokładanie  i  przesuwanie  mas.  Wibrator  został  przystosowany  do  pracy  przy  róż nych  czę stotliwoś ciach  wymuszenia.  Osiowość  działania  siły  wymuszają cej  w  sto­ sunku  do  próbki  osią gnię to  przez odpowiednie  wyważ enie  dynamiczne.  W  celu  wyelimino­ wania  zginania  próbek,  mocowano je  za  pomocą  przegubów  kulistych.  Wartoś ci  liczbowe  amplitud  naprę ż eń  zmiennych  w  ustalonej  próbce  dla  róż nych  wartoś ci  mas,  ich  położ eń   W P Ł Y W  POZIOMU  NAPRĘ Ż ENIA  I  WSPÓŁCZYNNIKA  AMPLITUDY  489  i  róż nych  czę stotliwoś ci  wymuszenia  zostały  wyznaczone  drogą  cechowania.  Analizę  sta­ tecznoś ci  pracy  tej  wibropełzarki  jako  układu  dynamicznego  oraz  informacje  odnoś nie  cechowania  moż na  znaleźć  w pracy  [4].  W  tym  miejscu  należy jedynie  stwierdzić,  że praca  wibropełzarki  w  szerokim  zakresie  czę stotliwoś ci  była  dość  spokojna.  Dokładność  usta­ lania  wartoś ci  amplitudy  naprę ż eń,  przy  bardzo  małych  amplitudach,  wynosiła  około  0,2  M N / m 2 ,  a  wię kszych  — około  0,49  M N / m 2 .  2.3.  U w a g i  o g ó l n e .  Próby  pełzania  i  wibropełzania  przeprowadzono  w  temperaturze  otoczenia  wynoszą cej  296±0,5°K.  Temperaturę  w  pomieszczeniu  stabilizowano  przez  dylatacyjny  termometr,  który  włą czał  i  wyłą czał  zainstalowane  układy  grzejne.  Wybór  stopu aluminium  do  badań  oraz realizacja  prób  w temperaturze otoczenia  zostały  podyktowane  nastę pują cymi  wzglę dami:  1)  Stopy  aluminium  mają  duże  zastosowanie  w  praktyce  właś nie  w  warunkach  zbliż o­ nych  do  temperatury  otoczenia.  2)  Temperatura  otoczenia  dla  aluminium  jest  temperaturą  podwyż szoną.  Szczególnie  jest  to  widoczne,  kiedy  temperaturę  bę dziemy  mierzyć  w  skali  homologicznej.  Dla  bada­ nego  stopu  PA4  temperatura  otoczenia  mierzona  w  skali  homologicznej  wynosi  (2.D  •  =  gdzie:  T  i  Tm  — odpowiednio  temperatury  eksperymentu  i  topnienia  mierzone  w  skali  bezwzglę dnej.  Należy  zaznaczyć,  że  temperaturę  в  >  0,5  okreś lamy  jako  temperaturę   wysoką,  co  dla  badanego  stopu  odpowiada  T  >  463°K.  3)  Przeprowadzając  próby  w  temperaturze  otoczenia,  znacznie  uproszczono  warunki  badań,  eliminując  takie  czynniki, jak  wahania temperatury  zwią zane  z jej  regulacją,  ewen­ tualne  zmiany  fazowe  itd.  4)  Na  podstawie  wyników  badań  stopu  aluminiowego,  przeprowadzonych  w  tempera­ turze  otoczenia,  moż na  wycią gnąć  wnioski  jakoś ciowe  o  zachowaniu  się  innych  tworzyw  metalowych  w  temperaturach  podwyż szonych.  Dla  wycią gnię cia  wniosków  iloś ciowych,  co  do  wpływu  wibracji  na  proces  pełzania,  niż ej  porównuje  się  ś rednie  krzywe  pełzanie  otrzymane z pię ciu  lub  czterech  prób  pełzania,  w  wyją tkowych  zaś  przypadkach — z  trzech.  3 .  W y n i k i  b a d a ń   3 . 1 .  W p ł y w  w s p ó ł c z y n n i k a  a m p l i t u d y  n a p r ę ż e n ia  Aa,  n a p r ę ż e n ia  ś r e d n i e go  cr m  i  n a p r ę ż e n ia  maksymalnego  amax  na  proces  w i b r o p e ł z a n i a .  Próby  przeprowadzono  przy  czę stotliwoś ci  v  =  31  Hz.  Dla  wyś wietlenia  wpływu  parametrów  Aa,  am  i amtx  na  proces  wibropełzania  wystarczy  badać   tylko  dwa  z  nich,  gdyż  mię dzy  nimi  istnieje  zwią zek  (1.3).  a.  Badania wpływu  am  na proces wibropełzania.  Dla  zbadania  wpływu  am  ustalono  o­„„x  na  jednym  poziomie  (3.1)  am„  =  oJ\  +  A„)  =  const  =  302,9  M N / m 2 .  Ponieważ  am  z  założ enia  jest  zmienne,  wobec tego  dla  zachowania  stałoś ci  iloczynu  musi  być  zmienne  A„.  Próby  przeprowadzono  przy  nastę pują cych  A„:  0,  0,0066,  0,050,  0,100.  490  A .  J A K O W L U K  Krzywe  wibropełzania  z  przeprowadzonych  prób,  dla  kolejno  wzrastają cych  współczyn  ników  amplitudy  naprę ż enia  A„, przedstawiono  na rys. 2­5.  Na tych  rysunkach  linią  prze  rywaną  naniesiono  ś rednie  krzywe  wibropełzania.  ' O  50  100  150  tW R y s .  6.  Zestawienie  k r z y w y c h  w i b r o p e ł z a n i a  o  r ó ż n y ch  A„  i s t a ł y c h  c r m a x  =  302,9  [ M N / m 2 ]  Epx­ffl  5fl/nJ  t ­5h  14  [492]  W P Ł Y W  POZIOMU  NAPRĘ Ż ENIA  I  WSPÓŁCZYNNIKA  AMPLITUDY  493  Ś rednie  krzywe  wibropełzania  zestawiono  na  rys.  6.  W  oparciu  o  ś rednie  krzywe  wibropełzania  obliczono  dla  czasów  ustalonych  prę dkoś ci  wibropełzania  ep.  Współrzę dne  ś rednich  krzywych  sp(t)  i  ep(t)  zestawiono  w  tablicy  1.  T a b l i c a  1.  Zestawienie  w s p ó ł r z ę d n y ch  k r z y w y c h  £ p ( 7 )  i  ep(t)  przy  < 7 m a x  =  302,9  [ M N / m 2 ]  A„  = =  0  Aa  =  0,0066  Aa  =  0,050  A„  =  0,100  C z a s  i  [h]  /о   V i o 5  Ы   / О   £ p ­ 1 0 5  Ш   £ P  % £ p 1 0 5  [i]  eP  % £ p  10 5  [i] 0  1,787  1,941  1,305  1,253  1  2,189  229  2,235  172  1,640  215  1,727  255  2  2,244  2,285  1,720  1,777  5  8  2,313  2,360  19,3  2,359  2,400  19,2  1,790  1,831  18,5  1,823  1,858  15,7  10  2,379  9,50  2,424  11,0  1,846  8,75  1,882  9,50  12  2,398  2,444  1,864  1,896  20  2,449  2,502  1,912  1,936  25  2,471  4,40  2,531  5,10  1,935  4,50  1,955  3,40  30  2,493  2,553  1,957  1,970  40  2,523  2,592  1,993  1,994  50  2,547  2,05  2,623  2,70  2,023  2,90  2,016  1,90  60  2,564  2,646  2,051  2,032  80  2,596  2,691  2,101  2,060  100  2,625  1,40  2,737  2,23  2,148  2,33  2,081  0,775  120  2,652  2,780  2,194  2,091  130  2,666  2,803  2,214  2,098  150  2,693  1,33  2,846  2,18  2,254  1,90  2,116  0,62  170  2,719  2,890  2,290  2,123  Na  rys.  7  przedstawiono  krzywe  izochroniczne  zmiennoś ci  prę dkoś ci  wibropełzania  £p  w  zależ noś ci  od  współczynnika  amplitudy  naprę ż enia  A„,  które  zbudowano  w  oparciu  o  tablicę  1 dla  czasów  t  =  5,  10,  25,  50,  100  i  150  [h].  b.  Badania wpływu  ­ =  7,6  [ H z ]  Dla  poziomu  naprę ż enia  333,4  M N / m 2  krzywe  pełzania  podano  na rys. 15, na rys. 16  zaś  krzywe  wibropełzania.  Ś rednie  krzywe  pełzania  i  wibropełzania  przedstawione  na rys. 13­16 oraz  na rys. 2 i 3  (linie  przerywane) zestawiono parami  na rys. 17.  W P Ł Y W  POZIOMU  NAPRĘ Ż ENIA  I  WSPÓŁCZYNNIKA  AMPLITUDY  499  W  oparciu  o  ś rednie  krzywe  pełzania  i  wibropełzania  obliczono  dla  ustalonych  czasów  prę dkoś ci  ep.  Współrzę dne  ś rednich  krzywych  sp(t)  i  ep{t)  zestawiono w  tablicy  3.  5 0 0  A .  JAKOWLUK  T a b l i c a  3 .  Zestawienie  w s p ó ł r z ę d n y ch  k r z y w y c h  ep(t)  i  £ p ( z )  a  =  290,4  [ M N / m 2 ]  o ­ m a x  =  290,4  [ M N / m 2 ]  a  =  333,4  [ M N / m 2 ]  < W  =  333,4  [ M N / m 2 ]  C z a s  A„  =  0  Aa  =  3,0066  A„  ­­=  0  A„  =  0,0066  t  ś p ­ 1 05  £ P 1 0 5  ё р ­ 1 05  в , ­ 1 0»  [h]  e„  Г  i  1  ep  Г  1  1  ŁP  Г  i  1  ep  Г  i 1 [h]  % [i] % [1]  / о   И   %  [i] 0  1,290  1,358  3,978  4,234  1  1,637  201  1,634  157  4,710  416  4,793  351  2  1,692  1,671  4,810  4,935  5  1,765  17,5  1,746  19,2  4,982  44,8  5,137  56,7  8  1,795  1,785  5,076  5,275  10  1,812  7,00  1,803  8,25  5,126  26,0  5,352  35,5  12  1,825  1,818  5,180  5,417  20  1,866  1,861  5,327  5,619  25  1,885  3,40  1,882  4,10  5,407  15,2  5,721  19,9  30  1,900  1,902  5,479  5,818  40  1,922  1,934  5,590  5,981  50  1,939  1,55  1,962  2,50  5,680  8,25  6,142  15,0  60  1,953  1,984  5,755  6,280  80  1,972  2,021  5,902  6,523  100  1,995  1,03  2,058  1,83  6,015  5,10  6,726  9,75  120  2,013  2,094  6,106  6,913  130  2,024  2,112  6,153  7,001  150  2,040  0,800  2,148  1,80  2,240  4,47  7,177  8,60  170  2,056  2,184  6,332  7,345  5  < > A  9  = = = = =  3  }  4  1  0  50  KM  « 0  t[h]  R y s .  17.  Z e s t a w i e n i e  p o r ó w n a w c z e  p a r  k r z y w y c h  p e ł z a n i a  i  w i b r o p e ł z a n i a  О  5 0 ­ 1 0 0  150  ф '  R y s .  18.  Zestawienie  p o r ó w n a w c z e  k r z y w y c h  p r ę d k o ś ci  p e ł z a n i a  i  w i b r o p e ł z a n i a  ep(t)  d l a  r ó ż n y ch  p o z i o m ó w  n a p r ę ż eń   R y s .  19.  K r z y w e  i z o c h r o n i c z n e  z m i e n n o ś ci  p r ę d k o ś ci  w i b r o p e ł z a n i a  ip  o d  p o z i o m u  n a p r ę ż e n ia  c r m a x  d l a  c z ę s t o t l i w o ś ci  v  =  7,6  f H z l  [501]  502  A .  J A K O W L U K  Na  rys.  18 przedstawiono zestawienie porównawcze  krzywych  prę dkoś ci pełzania  i wibro­ pełzania  ep(r)  dla  róż nych  poziomów  naprę ż eń,  które  zbudowano  w  oparciu  o  tablicę  3  i  czę ś ciowo  tablicę  1 (Л„  =  0  i 0,0066).  N a  rys.  19 podano  krzywe  izochroniczne  zmiennoś ci  prę dkoś ci  pełzania  i  wibropełzania  kp  w zależ noś ci  od  poziomu  naprę ż enia  cr,  które  zbudowano  również  w oparciu  o tablicę  3  i  czę ś ciowo  tablicę  1 (A„ =  0 i 0,0066) dla  czasów  t  =  5,  10,  25,  50,  100  i  150  [h].  b.  Analiza  wyników  i  wnioski szczegółowe.  Z  rys.  17 i  18 wynika,  że im  wyż szy jest poziom  naprę ż enia  tym  wię kszą  aktywację  pełza­ nia  wywołuje  działanie  wibracji.  Z  rys.  19  widać,  że  przyrosty  prę dkoś ci wibropełzania  spv  dla  wyż szych  poziomów  naprę ż eń  są  znacznie  wyż sze  od  przyrostów  prę dkoś ci  pełzania  ep.  Stosunek  tych  prę dkoś ci  dla  czasów  ustalonych  przy  poziomach  naprę ż eń  302,9  i  333,4  M N / m 2  podaje  tablica  4.  T a b l i c a  4.  Zestawienie  p o r ó w n a w c z e  d l a  p o z i o m ó w  n a p r ę ż eń  302,9  i 333,4  [ M N / M m 2 ]  C z a s  l  [h]  302,9  [ M N / m  333,4  [ M N / m  ]  5  10  25  50  100  150  1,26  1,36  1,31  1,82  1,91  1,93  Z  tablicy  4  wynika,  że  istnieją  znaczne  wzglę dne  przyrosty  prę dkoś ci  wibropełzania  epv  w  stosunku  do  przyrostów  prę dkoś ci  pełzania  ep.  Poza  tym,  dla  czasów  wię kszych  przy­ rosty  wzglę dne  są  wię ksze.  Należy  przypomnieć,  że  ta  znaczna  aktywacja  prę dkoś ci  wibropełzania  została  uzyskana  mimo  mniejszych  naprę ż eń  ś rednich  cr,„ przy  próbach  wibropełzania  od  naprę ż eń  a  przy  próbach  pełzania  statycznego  (próby  przeprowadzono  przy  o­m a x  =  a).  Wynika  stą d,  że  zaobserwowany  efekt  wibropełzania  należy  przypisać  jedynie  aktywują cemu  wpływowi  samego  istnienia  wibracji.  4.  W n i o s k i  o g ó l n e  1)  Wpływ  współczynnika  amplitudy naprę ż enia  A„,  naprę ż enia  ś redniego  a„, i  naprę ż enia  maksymalnego  c m a x  na  proces  wibropełzania.  Dla  stałego  naprę ż enia  maksymalnego  c m a x  krzywe  wibropełzania  układają  się  tym  niż ej  od  krzywej pełzania  (Aa  =  0)  im  wię ksze  jest  Aa.  Wyją tek  stanowią  krzywe  przy  bardzo  małych  wibracjach,  które  mimo  mniejszego  naprę ż enia  ś redniego  am  układają  się  wyż ej  od  krzywej  pełzania.  Pierwszy  przypadek jest  wynikiem  zmniejszania  się  wartoś ci  naprę­ ż enia  ś redniego  am,  drugi — wynikiem  istnienia  silnego  wpływu  działania  wibracji  o małych  W P Ł Y W  POZIOMU  NAPRĘ Ż ENIA  I  WSPÓŁCZYNNIKA  AMPLITUDY  503  amplitudach.  Ustalona  prę dkość  wibropełzania  ep  osią ga  maksimum  przy  wartoś ci  A„  ~  ~  0,03.  Dla  stałego  naprę ż enia  ś redniego  a„, krzywe  wibropełzania  układają  się  tym  wyż ej  od  krzywej pełzania  (Aa  =  0)  im  wię kszy  jest współczynnik  amplitudy  naprę ż enia  A„.  Jest  to  wynikiem  wzrostu  naprę ż enia  maksymalnego  o­m ; i x,  tj.  wzrostu  amplitudy  naprę ż enia  zmiennego  aa.  Dla  czasów  zbliż onych  do  wibropełzania  ustalonego prę dkość  maksymalna  f>m»x  wystę puje  przy  A„  ~  0,050.  Zarówno  przy  cr m a x  =  const, jak  i  przy  am  =  const  w  pierwszym  okresie  wibropełzania  maksima  prę dkoś ci  wibropełzania  ep  wystę pują  przy  tym  mniejszych  A„  im  krótsze  są   czasy  ustalone  t  (rys.  7 i  12).  2)  Wpływ  poziomu  naprę ż enia  na  proces  wibropełzania.  Z  badań  wynika,  że  im  wyż szy jest  poziom  naprę ż enia,  tym  procentowo  wię kszy  wpływ  na  proces wibropełzania  wywołują  wibracje  w stosunku  do  pełzania  statycznego.  Poza  tym,  przy  czasach  wię kszych  przyrosty  wzglę dne  są  wię ksze.  W  jaki  sposób  moż na  interpretować  przyspieszają cy  wpływ  małych  wibracji  i  poziomu  naprę ż enia  na  proces  wibropełzania?  Zagadnienie jest  bardzo  trudne  dla  uję cia  ś cisłego.  Dla  realnego stopu,  posiadają cego  wstę pną  gę stość  dyslokacji,  przeszkody  w postaci  wtór­ nej  fazy,  wtrą cenia  granice  ziarn  itp.,  model  fizyczny  bę dzie  bardzo  złoż ony.  Jednakże  moż na  podać  jakoś ciowy  obraz  mechanizmu  badanego  zjawiska.  Przyłoż enie  do  próbki  wibracji  o  małej  amplitudzie,  oprócz  aktywacji  poszczególnych  atomów, powoduje  również   wzrost  ruchliwoś ci  dyslokacji,  co  przy  istnieniu  odpowiedniego  poziomu  naprę ż enia  ś red­ niego  am  nadaje  temu  ruchowi  — ruch  dryfują cy  o  okreś lonym  kierunku.  Jak  wiadomo,  ze  ź ródła  Franka­Reada  może  powstać  tym  wię cej  dyslokacji  im  wyż sze  jest  naprę ż enie  krytyczne  i  im  mniej jest  przeszkód  na  drodze  tych  dyslokacji.  Efekt  suma­ ryczny  pracy wszystkich  ź ródeł  w skali makro poprawnie opisuje  silnie  nieliniowa  zależ ność   prę dkoś ci  pełzania  od  poziomu  naprę ż enia  a,  zaproponowana  dla  badanego stopu  w pracy  [13]  w postaci  (4.1)  ep  =  B(t)e n«\  gdzie:  B(t)—  funkcja  proporcjonalnoś ci  prę dkoś ci  pełzania,  n(t)—  funkcja  wskaź nika  nieliniowoś ci  pełzania.  Przy  istnieniu  wibracji  dyslokacje  łatwiej  pokonują  przeszkody,  przeszkody  zaś  stają   się mniej stabilne.  Łatwiej  powstają  nowe ź ródła  Franka­Reada,  a  ich  ż ywotność  wzrasta.  Powoduje  to,  że proces wibropełzania  wzrasta jeszcze bardziej nieliniowo  wraz ze wzrostem  naprę ż enia  a  w  porównaniu  z  procesem  pełzania  statycznego.  3)  Czy  uzyskane  wyniki  mogą  być  przeniesione  na  inne  stopy  metali?  Oczywiś cie  nie  moż na  wycią gnąć  z  przedstawionych  badań  wniosku,  że  wibracje  w  każ dej  temperaturze  przyś pieszają  proces  pełzania.  Na przykład,  omówione  na  wstę pie  wyniki badań  M A N J O I N E  [9], jakoś ciowo  róż nią ce  się przy  niskim  i  wysokim  poziomie  naprę ż enia,  należy  interpre­ tować  nastę pują co.  Próby  na  stopie  A l ­ C u  były przeprowadzane  w temperaturze,  w  której  zachodzi  proces  starzenia.  Przy  niskim  poziomie  naprę ż enia  ś redniego  am  wpływ  wibracji  i  naprę ż enia  o­m a x  był  mniejszy,  niż  intensywny  proces  utwardzenia  dyspersyjnego  przy  istnieniu  wibracji.  Przy  wysokim  poziomie  am  zgodnie  ze  zwią zkiem  (4.1)  proces  pełzania  przebiega znacznie intensywniej.  W  tym  przypadku  łą czne  działanie  o­m a x i samego istnienia  504  A .  J A K O W L U K  wibracji  spowodowało dodatnie  przyrosty  kp  mimo  przyspieszają cego  wpływu  wibracji  na  proces  utwardzania  dyspersyjnego.  Wynika  stą d,  że  przy  przenoszeniu  wyników  badań   na  inne  stopy  należy  zachować  dużą  ostroż noś ć, gdyż  stopy  mogą  być  o  bardzo  złoż onej  strukturze  i  składzie  chemicznym.  Jednakże  moż na  wycią gnąć jakoś ciowe  wnioski,  co  do  zachowania  się innych  stopów, o ile zastosuje  się teorię podobień stwa i analizę wymiarową   w  odniesieniu  do  wspólnej  ustalonej  temperatury  w  skali  homologicznej  i  uwzglę dni  się   właś ciwoś ci  niektórych  stopów  do  dyspersyjnego  utwardzania.  L i t e r a t u r a  cytowana  w  t e k ś c ie  1.  B .  L A Z A N ,  Dynamie  creep  and  rupture  propertiers  temperature  resistant  materials  tensile  fatigue  stresses.,  P r o c .  A S T M ,  1949,  v o l . 49,  757.  2.  S.  T A I R A ,  K .  T A N A K A ,  R .  K O T E R A Z A W A ,  Dynamic  creep  characteristic  of  low  carbon  steel  at  elevated  temperature,  P r o c .  4th  J a p a n  C o n g r .  Test.  M a t e r .  (1960,  K y o t o ) .  K y o t o ,  J a p a n  S o c .  T e s t .  M a t e r . ,  1961,  50.  3 .  P .  Д .  В А Г Л П О В,  В и б р о р е .ш к с а ц и я ,  в и б р о п о л з у ч е с т ь  и  п е т л я  г и с т е р е з и с а  с  п е р е м е н н ы м и  п о  ч и с л у   ц и к л о в  п а р а м е т р а м и ,  В  с б.  К о л е б а н и я  и  п р о ч н о с т ь  п р и  п е р е м е н н ы х  н а п р я ж е н и я х ,  М .  Н а у к а,  1 9 6 5 ,  1 8 4 .  4.  A .  J A K O W L U K ,  Wibropehanie  w  metalach,  W N T ,  ser.  » N o w a  T e c h n i k a « ,  z .  73,  W a r s z a w a  1967.  5.  A .  J A K O W L U K :  Wpływ  wibracji  na  przebieg  odkształceń  plastycznych  i  ż ywotnoś ć  próbek  [metalowych  R e f .  z  K o n f .  N a u k .  » F i z y k a  O d k s z t a ł c e ń  P l a s t y c z n y c h « ,  W a r s z a w a  l i s t o p a d ,  1966,  4 1 .  6.  A .  J A K O W L U K ,  Pewne  spostrzeż enia  na  temat  pełzania  stopu  Р А З  w  warunkach  statycznych  i  dynamicznych  obcią ż eń ,  II  S y m p o z j o n  P T M T S  p o ś w i ę c o ny  r e o l o g i i ,  W r o c ł a w  1964,  51.  7.  A .  J .  K E N N E D Y :  Effect  of  fatigue  stresses  on  creep  and  recovery,  P r o c .  Internat.  C o n f .  o n  F a t i g u e  o f  M e t a l s ,  L o n d o n ­ N e w  Y o r k  1956,  4 0 1 .  8.  A .  J A K O W L U K  a n d  S.  ZIEMBA,  Effect  of  vibration  on  the  creep  of  tensile­test  specimens  of  the  aluminium  alloy  A l ­ N g ­ S i  (PA4),  P r o c .  o f  the  S e c o n d  S E S A  I n t e r n  C o n g r .  o n  E x p e r i m e n t a l  M e c h a n i c s ,  1966,  251,  a n d  i n  E x p e r i m e n t a l  M e c h a n i c s ,  O c t o b e r  1966,  511.  9.  M . J .  M A N J O I N E :  Proceedings  A S T M ,  1949,  49,  788.  1 0 .  A .  M .  Ж У К ОВ  И  Г .  M .  И В А Н О В А:  О д н о р о д н а я  п о л з у ч е с т ь  с т а л и  Э И ­257  п р и  н а л и ч и и  п е р е м е н н о й   с о с т а в л я ю и /е й  н а г р у з к и ,  И н ж.  Ж у р н а л,  т .  4 ,  в ы п.  4 ,  1 9 6 4 ,  7 8 1 .  11.  A .  J A K O W L U K ,  Badania  wpływu  róż nych  parametrów  na  proces  wibropełzania  w  metalach.  P r a c a  z ł o ż o na  n a  O g ó l n o p o l s k i  k o n k u r s  P T M T S  we  W r o c ł a w i u  w  1968  г .,  p o ś w i ę c o ny  p r a c o m  d o ś w i a d c z a l n ym  z  m e c h a n i k i .  12.  A .  J A K O W L U K ,  Wpływ  głę bokoś ci  zawibrowania  na  proces  wibropełzania  w  metalach.  R o z p r a w a  d o k t o r ­ s k a ,  W a r s z a w a  1965.  13.  M .  C Z E C H ,  A .  J A K O W L U K ,  J .  K O L Y B K O ,  Pewne  aspekty  ustalania  i  doboru  funkcji  proporcjonalnoś ci  pełzania  oraz  funkcji  wskaź nika  nieliniowoś ci  pełzania.  Referat  n a  V  K r a j o w ą  K o n f .  W y t r z y m .  i  B a d .  M a t e r . ,  K r a k ó w  1969.  Р е з ю ме   В Л И Я Н ИЕ  У Р О В НЯ  Н А П Р Я Ж Е Н ИЯ  И  К О Э Ф Ф И Ц И Е Н ТА  А М П Л И Т У ДЫ  Н А П Р Я Ж Е Н ИЯ   Н А  П Р О Ц Е СС  П О Л З У Ч Е С ТИ   И с с л е д о в а н ия  в е л и сь  н а  а л ю м и н и е в ом  с п л а ве  A L ­ M G ­ S i  ( Р А 4)  в  о д н о о с н ом  н а п р я ж е н н ом  с о­ с т о я н ии  п ри  т е м п е р а т у ре  2 9 6 ° К  и  п ри  ч а с т о те  31  г ц.  П ри  п о с т о я н н ом  с р е д н ем  н а п р я ж е н ии  а „„  к р и в ые  в и б р о п о л з у ч е с ти  у к л а д ы в а ю т ся  т ем  в ы ше  н ад   к р и в ой  п о л з у ч е с т и,  ч ем  в ы ше  к о э ф ф и ц и е нт  а м п л и т у ды  н а п р я ж е н ия  Аа  =  rrjam.  П ри  п о с т о я н н ом   W P Ł Y W  POZIOMU  NAPRĘ Ż ENIA  I  WSPÓŁCZYNNIKA  AMPLITUDY  505  м а к с и м а л ь н ом  н а п р я ж е н ии  а т и .  к р и в ые  в и б р о п о л з у ч е с ти  у к л а д ы в а ю т ся  т ем  н и ж е,  ч ем  б о л ь ше   А я .  О д н а ко  д ля  о ч е нь  м а л о го  А  а  ( 0 , 0 0 6 6 )  к р и в ые  в и б р о п о л з у ч е с ти  у к л а д ы в а ю т ся  в ы ше  к р и в ой   п о л з у ч е с т и,  ч то  с в и д е т е л ь с т в у ет  о  с и л ь н ом  а к т и в и р у ю щ ем  в л и я н ии  м а л ой  в и б р а ц ии  н а  п р о ц е сс   в и б р о п о л з у ч е с т и.  Д ля  м а л о го  Аа  ( 0 , 0 0 6 6 )  у с т а н о в л е н о,  ч то  ч ем  в ы ше  у р о в е нь  н а п р я ж е н ия  т ем  б о л ь ше  в л и я н ие   в и б р а ц ии  н а  п р о ц е сс  в и б р о п о л з у ч е с т и.  В  р а б о те  п р и в о д и т ся  ф и з и ч е с к ое  о б ъ я с н е н ие  я в л е н ия   в и б р о п о л з у ч е с т и.  S u m m a r y  T H E  E F F E C T  O F  S T R E S S  L E V E L  A N D  T H E  S T R E S S  A M P L I T U D E  C O E F F I C I E N T  O N  T H E  P R O C E S S  O F  V I B R A T I O N A L  C R E E P  T h e  investigations  were  c a r r i e d  out  o n  a n  a l u m i n i u m  a l l o y  A l ­ M g ­ S i  ( P A 4 )  under  a n  u n i a x i a l  s t a t ;  o f  stress  at  a  temperature  o f  2 9 6 °  К  a n d  a  frequency  o f  31  H z .  F o r  a  constant  m e a n  stress  a m ,  the  v i b r a t i o n a l  creep  curves  are  the  higher  i n  respect  t o  the  creep  c u r v e ,  the  greater  the  stress  a m p l i t u d e  coefficient  Aa  =  =  (Tajam.  F o r  a  constant  m a x i m u m  stress  t r i n a x ,  the  v i b r a t i o n a l  creep  curves  are  the  l o w e r ,  the  greater  the  Aa.  H o w e v e r ,  for  a  very  s m a l l  Aa(0,0066)  the  v i b r a t i o n a l  creep  curve  is  higher  t h a n  the  creep  c u r v e .  T h u s  s t r o n g l y  a c t i v a t i n g  influence  o f  s m a l l  v i b r a t i o n s  o n  the  v i b r a t i o n a l  creep  process  is  c l e a r l y  v i s i b l e .  In  the  case  o f  a  s m a l l  Aa  (0,0066),  it  was  f o u n d  that  the  higher  the  level  o f  stress,  the  greater  is  the  effect  o f  the  v i b r a t i o n s  o n  the  v i b r a t i o n a l  creep  process.  A  p h y s i c a l  i n t e r p r e t a t i o n  o f  the  v i b r a t i o n a l  creep  is  also  presented  i n  the  paper.  WYŻ SZA  SZKOŁA  INŻ YNIERSKA  BIAŁYSTOK  Praca  została  złoż ona  w  Redakcji  dnia  5  maja  1969  r.