Критического коэффициента

Если охлаждение ниже критического интервала температур было ускоренным (например, отливки охлаждали на воздухе), то процесс графитизации не охватит цементит перлита; в этом случае чугун приобретает структуру перлит+углерод отжига. Такой чугун называется перлитным ковким чугуном.

Гомогенизирующий отжиг (диффузионный), п'ри котором отливку нагревают до высоких температур, - значительно выше критического интервала Ас\ - ACJ,. Только при такой температуре наиболее полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания состава стали.

В области критического интервала /кр < / < /кр трещина также возникает, но ее развитие замедляется и эффект влияния остаточных напряжений исчезает вследствие пластического перераспределения напряжений. Линия возникновения и развития хрупкой трещины соответствует кривой aVv. Разрушение деталей может произойти при весьма малых значениях критических разрушающих напряжений, например, в сварных конструкциях с повышенной остаточной напряженностью. Полное распределение трещины без заметных пластических деформаций (хрупкое разрушение) возможно как в хрупких, так и пластических материалах и связано с наличием в материале дефектов и неоднородностей, размеры которых статически распределены в объеме детали, а также с существованием критической температуры хрупкости (хладноломкость).

Представлялось интересным установить возможную корреляцию между величиной снижения критического интервала аустенитизации и величиной энергии, аккумулированной при деформации перлита. На дифференциальном прецизионном калориметре были измерены величины запасенной при деформации энергии, приведенные в сопоставлении с соответствующими им величинами понижения критической точки на рис, 11,20. Однако прямое сопоставление запасенной 100

энергии с величиной понижения критической точки физически неправомерно, так как большая часть запасенной при деформации энергии успевает релаксировать при нагреве до критического интервала температур. Кроме того, как видно из приведенной термодинамической схемы рис. 11.21, даже сохранившаяся к моменту превращения часть энергии АеЯ1 в определенных условиях может не вызывать понижения точки фазового равновесия, если новообразовавшаяся фаза полностью унаследует эту избыточную энергию (пересечение линий свободной энергии «j и YI произойдет при той же температуре Т0).

Переход из области вязкого в область хрупкого разрушения в образцах без надреза при изгибе и в образцах с надрезом при разрыве вследствие одновременности излома происходит скачкообразно, с разрывом непрерывности кривой ак = /(Л. В пределах критического интервала температур tz—t\ получаются или вязкие или хрупкие изломы при почти полном отсутствии промежуточных. Величина интервала температур ?>~^i составляет 10—30° С.

Для образцов без надреза была обнаружена зависимость температур критического интервала от состояния поверхности [3]. Полировка и гальванические покрытия вязкими металлами (медью, никелем) понижают температуру критического интервала, а грубая обточка, покрытия хрупкими металлами (хромом) повышают её. Однако для оценки качества деталей по отношению к удару эти обстоятельства имеют малое значение.

Для углеродистых сталей с увеличением содержания углерода нижняя граница критического интервала 4 остаётся неизменной, а

Фиг. 88. Зависимость критического интервала бт скорости дефор-мировалия: ?$/— предел текучести при скорости испытания и,; °$Я ~~ предел текучести при скорости испытания v,, причём Щ > »,.

где Т0 — рабочая температура; Тк—критическая температура хрупкости в °К. В случае скачкообразного перехода из вязкого в хрупкое состояние за Тк может быть принята верхняя граница критического интервала, а в случае плавного перехода — температура, соответствующая снижению ак на 40% от максимального её значения. При Т0=ТК имеем ?=0, т. е. запас вязкости отсутствует. Чем больше величина ?, тем меньше опасность хрупкого разрушения и при ?=1 (Тк=0) возможность хрупкого разрушения полностью исключена.

разцах Менаже, но температуры критического интервала несколько смещены в сторону низких температур. Полукольца в боль-шей степени, чем кольца, имитируют образец Менаже. На фиг. 95 представлен эскиз образца в виде

Отметим, что трещина в этом случае наклонена к лицевой поверхности образца, а величина Кс вычисляется по формуле для К, выведенной для прямого расположения трещины. Формула для К при косом изломе пока отсутствует. Зависимость Кс от толщины можно истолковать также следующим образом [i]. При малой толщине, когда излом полностью косой, в момент разрыва утонение перед концом трещины равно нулю и величина пластического раскрытия становится равной толщине образца. Поэтому, на основании [\ ] получаем оценку для плотности энергии разрушения Gc « ov t и, на основании формулы (3.26) оценку для критического коэффициента интенсивности ;

Можно ввести также коэффициент, учитывающий степень снижения критического коэффициента интенсивности напряжений а = Кс/ Кю.

Численные значения критического коэффициента ср0 тяги и по-лез!:ых напряжений k0 зависят также от величины угла обхвата меньшего шкива аь скорости ремня у, характера нагрузки и конструкции передачи. Влияние этих факторов на величину допускаемых полезных напряжений [k] учитывают с помощью корректирующих коэффициентов, полученных также опытным путем:

Установлена аналитическая зависимость критического коэффициента интенсивности напряжений (КИН) для элемента с острым угловым переходом от характеристик трещино-стойкости механических свойств материала.

Уменьшение пластической деформации путем увеличения толщины образца ведет к снижению значения Кс до некоторого предела, к которому она асимптотически приближается (рис. 17.1). Это есть именно то значение Кс для объемного напряженного состояния при плоской деформации, для которого (благодаря достаточной для данного материала толщине) практически запрещается макропластическая деформация перед краем трещины и разрушение происходит по типу «прямого» излома без боковых скосов. Эта величина носит название критического коэффициента интенсивности напряжений при плоской деформации и обозна-

Катастрофическое разрушение при усталости в конце этой стадии связано с достижением критического коэффициента интенсивности напряжений при циклическом нагружении (циклическая вязкость разрушения) для образ-

Следует отметить, что ранее в механики разрушения /26/ также отмечалось влияние радиуса концентратора р на значение критического коэффициента интенсивности напряжений Kjc/p> • На рис. 3.3 представлена зависимость вязкости разрушения К1с> > от корня квадратного из радиуса в вершине концентратора для феррито-перлитных сталей. При р < рэ вязкость разрушения определяется характеристикой материала, то есть К1с, . - К1с. В общем случае вели-

Следует отметить, что ранее в механики разрушения /26/ также отмечалось влияние радиуса концентратора р на значение критического коэффициента интенсивности напряжений Kicrp) .На рис. 3.3 представлена зависимость вязкости разрушения К1с,р^ от корня квадратного из радиуса в вершине концентратора для феррито-перлитных сталей. При р < рэ вязкость разрушения определяется характеристикой материала, то есть Klcip\ - Klc В общем случае вели-

По значениям расчетной нагрузки находят предполагаемую величину критического коэффициента интенсивности напряжений, используя формулу

При увеличении уровня напряжения в каждом последующем цикле нагружения по сравнению с предыдущим циклом процесс формирования усталостных бороздок сопровождается образованием "зоны вытягивания" материала, чему подробное внимание было уделено в главе 3. На начальном этапе возрастания нагрузки в пределах интервала точка 1 -точка 2 (см. рис. 3.35) происходит возрастание упругого раскрытия усталостной трещины. При дальнейшем росте нагрузки в цикле (точка 2-точка 3) вследствие пластической деформации происходит вытяжка материала у вершины трещины и ее затупление. При превышении критического коэффициента интенсивности напряжения произойдет статический надрыв материала у вершины трещины и увеличение ее длины осуществится за счет статического проскальзывания. Если величина критического коэффициента интенсивности напряжения не достигнута и напряжение цикла уменьшается (от точки 3 до точки 4), то происходит формирование усталостной бороздки по традиционному механизму ротационной неустойчивости материала. При этом трещина может продолжить дальнейшее продвижение от вершин каскада мезотуннелей затупленной вершины, что будет влиять на размер "зоны вытягивания", наблюдаемой на поверхности излома и на разброс результатов измерений ее размера.

Если номинальные напряжения увеличиваются настолько, что величина К достигает значения Кс — критического коэффициента интенсивности напряжений, или вязкости разрушения материала, то трещина будет распространяться; таким образом, с помощью уравнения (2) можно предсказать, произойдет ли разрушение.