Локальная концентрация

локальная деформация, возникшая при прямом превращении, полностью исчезает при обратном, так как процесс перестройки •у""*"0' точно повторяется при обратном а-*^-превращении.

интенсивности деформации между отдельными пиками. Об этом свидетельствует накопление деформаций в точке В^. При первом нагружении в этом районе был слабо выраженный пик деформации, в то время как к концу третьего н'агружения локальная деформация достигла более 20 % и стала превышать среднюю в 1,8 раза. Перераспределение интенсивности деформации между отдельными пиками и при статическом, и при циклическом нагружении связано, по-видимому, со свойствами и ориентировкой зерен, находящихся под микрообъемом, в котором прошла деформация, или окружающих данный объем.

слоем, а на рис. 88, б схематично показаны трещины, образовавшиеся на поверхности образца [26, с. 136; 89]. Сопоставление данных рис. 88, а и рис. 88, б показывает, что можно проследить определенную взаимосвязь между картиной микронеоднородной деформации и местом появления трещины: чем больше локальная деформация, тем раньше появляется трещина на этом участке. Первая наиболее развитая трещина появилась в месте наибольшей локальной деформации. При дальнейшем росте нагрузки одна или несколько трещин начинают интенсивно развиваться, перерастая в магистральную трещину. Вместе с тем наблюдения за ростом поверхностных трещин показали, что на воздухе они не определяют характер разрушения: не перерастают в магистральную трещину и разрушение происходит от несплошностей в зоне "шейки".

Поведение малолегированных однородных твердых растворов в основном аналогично поведению алюминия, однако в литых сплавах характер разрушения изменяется от транскристаллического на интеркристаллический. В пересыщенных твердых растворах неоднородность пластической деформации сохраняется, хотя микронеоднородность, по данным электронно-микроскопических исследований, уменьшается. Так, например, даже в таком высоколегированном сплаве, как А1—95% Mg, при 665=0,2% локальная деформация отдельных микрообъемов достигает 10—15%. Но в поведении этих сплавов отмечаются следующие особенности: при комнатной температуре в процессе деформирования происходит перераспределение участков с повышенной локальной деформацией, и локализация деформации возникает только после зарождения микротрещин. Это приводит к повышению работы зарождения трещин. Второй особенностью является то, что с увеличением степени легирования в литых сплавах имеет место увеличение разброса локальных деформаций по границам в сравнении с объемами зерен. В деформируемых сплавах наблюдается обратная картина. Литые сплавы разрушаются по границам зерен, в то время как в деформируемых сплавах разрушение преимущественно транскристаллическое, и развитие трещин происходит медленнее, чем в литом сплаве.

где &i — относительная локальная деформация i-го микроучастка;

Это существенно снижает точность определения величины интегральной деформации по известному закону распределения температуры. Вследствие локализации пластическая деформация в зоне максимального нагрева оказывается больше той, которая получилась бы в условиях, когда закреплены крайние сечения наиболее нагретой части образца. Как показали специально проведенные измерения, локальная деформация в наиболее нагретой зоне образца может в несколько раз превысить величину средней деформации. Применение же для выравнивания температуры по длине рабочей части образца специальных втулок не получило широкого распространения.

Этой цепочке соответствует некоторая последовательность изменений температуры на входе турбины и скорости вращения двигателя (рис.2.11), вызывающая, в свою очередь, последовательность в изменении температуры двигателя (рис.2.12). Все три последовательности очень важны, ибо для простой системы охлаждения можно показать, что деформация в направлении натяжки по поверхности лопасти есть функция разницы между температурой в рассматриваемой точке и средней температурой в поперечном сечении лопасти. Это условие не выполняется для тонкостенных лопастей, но сохраняет значимость в случаях, когда локальная деформация сильно зависит от некоторой пары температур, по-разному реагирующих на скорость изменения температуры рабочей среды.

Деформация частицы, не содержащей Дислокации, возможна при достижении теоретической прочности. Поскольку модуль упругости матрицы обычно ниже, чем у частицы, то и теоретическая прочность матрицы будет достигнута раньше и вблизи частиц возможна локальная деформация матрицы. Напряжения вокруг частицы могут быть также сняты за счет образования трещины на границе раздела матрица — частица. Будут ли генерированы новые дислокации или возникнет трещина, зависит от величины поверхностной энергии и, в частности, от угла контакта между частицей и матрицей. Увеличение этого угла будет способствовать образованию трещин. Существенное значение имеет форма частиц. Иглообразная форма затрудняет деформацию матрицы из-за эффекта трения на поверхности раздела, что может привести к разрушению [185].

Анализ последовательных стадий деформации образцов Ду 500 после 100 тыс. эксплуатации с замером локальной деформации конкретных зерен выявило неоднородность локальной деформации, обусловленной разнозернистостью труб Ду 500. Наименьшая локальная деформация наблюдается в крупных зернах 1—3 балла, наибольшая — в группах зерен 5—6 баллов, расположенных по границам больших зерен, а также в приграничных областях. Внутри крупного зерна локальная деформация составляет 8,5%, а на границе и в мелких зернах — 14%. Неоднородность деформации приводит к появлению внутренних локальных напряжений, что может привести к появлению микротрещин в условиях эксплуатации и особенно при переменных режимах и гидравлических ударах.

локальная деформация, возникшая при прямом превращении, полностью исчезает при обратном, так как процесс перестройки у-+а точно повторяется при обратном a-vy-превращении.

где /(е=е/е — коэффициент концентрации локальной деформации; /С0=о/5 — коэффициент концентрации локального напряжения; Kt — теоретический коэффициент концентрации напряжений; е — локальная деформация; е — номинальная деформация; а — локальное напряжение; S — номинальное напряжение. Применительно к усталостному нагружению это соотношение было модифицировано [22] путем преобразования соотношения (8.109) к виду

Рис. 47.5. Ситуация в окрестности вершины трещины к моменту локального разрушения; а) нормальное напряжение, интенсивность пластических деформаций сдвига и эффективное критическое локальное растягивающее напряжение разрушения; б) критическая локальная концентрация Сст и действительная концентрация водорода С.

Основываясь на имеющихся к настоящему времени данных, можно предложить следующую формулировку: хладноломкость — это потеря пластичности металлическими материалами при низких температурах. Причины хладноломкости: возрастающая роль примесей вследствие понижения растворимости их при уменьшении температуры, концентрация напряжений около дефектов и, возможно, локальная концентрация деформации в разупрочненных тепловым эффектом деформирования участках.

Вредное действие примесей известно давно, однако только в последние годы установлена возможность влияния очень малого их количества. Это происходит вследствие того, что даже при содержании нескольких частей на миллион частей металла локальная концентрация примеси, например по границам зерен, может достигать нескольких процентов. Чистые металлы не имеют ни провалов пластичности, ни высокотемпературной хрупкости.

Отличительная особенность этих металлов — чувствительность к незначительной концентрации примесей внедрения вследствие чрезвычайно малой растворимости последних (до 0,0001 %). Поэтому промышленные хром, молибден и вольфрам даже после высокой очистки являются пересыщенными твердыми растворами, особенно при понижении температуры; это приводит к хладноломкости. Даже незначительные количества кислорода, азота, углерода, серы и фосфора сообщают хладноломкость хрому, молибдену и вольфраму. Локальная концентрация примесей повышается с увеличением размеров зерна, приводя к появлению хрупкости.

где Т — температура, отсчитываемая от температуры исходного недеформированного состояния. В случае адсорбции локальная концентрация адсорбируемой среды играет ту же роль, что и температура. В случаях, когда at зависит от температуры, обычно используют некоторые средние значения, установленные экспериментально, хотя, по-видимому, более строгой была бы запись равенств (67) в форме степенных рядов по Т.

(4) Разрушение. Волокна все больше перегружаются в результате того, что рост усталостных трещин снижает несущую способность композита и у концов трещин имеет место локальная концентрация напряжений; происходит быстрый разрыв, надвигается окончательное разрушение.

Установлено, что локальная концентрация как Ti, так и Nb увеличивается на границах зерен и двойников как в зоне сплавления, так и в зоне термического влияния. Локальная концентрация Ti и Nb уменьшается на границе раздела зоны термического влияния и зоны сплавления. Общий уровень содержания указанных двух элементов в зоне сплавления, как правило, выше, а количество «всплесков» на кривой больше, чем в зоне термического влияния. Несмотря на то что концентрация Ti и Nb по границам зерен в зоне сплавления высока, маловероятно, чтобы непрерывная сетка карбидов металлов сохранялась в процессе сварки; скорее, имеет место прерывистое выделение карбидов.

Зарождение или наличие дислокаций в кристалле не приводит непосредственно к нарушению сплошности кристаллической решетки (образование свободной поверхности). Однако кристаллическая решетка вокруг дислокации упруго искажена, возникает локальная концентрация напряжений, которые по мере удавления от ядра постепенно убывают и становятся пренебрежимо малыми. Энергия дислокации обусловливается упругими деформациями кристалла при ее зарождении. Наличие дислокаций увеличивает энергию кристалла. Наряду с этим кристалл с дислокацией менее

Сплавы этого класса представляют простейший, в некоторых отношениях, случай, поскольку их поведение при водородном охруп-чивании можно относительно легко связать с простыми физико-металлургическими свойствами. Как уже указывалось, имеющиеся данные позволяют предполагать (правда, не с полной уверенностью), что связанные с водородом потери пластичности обусловлены присутствием включений и выделений [72, 74, 87]. Последовательность событий при этом, по-видимому, такова. Дислокации, несущие водород, при деформации скапливаются около частиц, в результате чего динамически может создаваться высокая локальная концентрация водорода [314]. Часть этого водорода может освобождаться в результате перекрывания полей напряжений дислокаций, а еще часть водорода будет захвачена включением [314]. Когда на растягиваемом образце начинает формироваться шейка, водород принимает участие в локальных процессах, и может либо снижать прочность границы раздела частица/матрица, либо стабилизировать малые полости или трещины, образующиеся в частицах, либо проникать в полости растущие вокруг частиц и содействовать их росту, за счет внутреннего давления Hi. Отметим, что последнее взаимодействие начинается только на стадии образования шейки. Все перечисленные процессы могут облегчать и ускорять обычное вязкое разрушение и делать его возможным при меньшей деформации, что, в свою очередь, соответствует потере пластичности и уменьшению относительного сужения, или же ускоренному растрескиванию при испытаниях на КР. Весь ход событий можно проследить по рис. 52.

3.5. Введение общего привода, создание единого энергетического источника взамен многочисленных независимых, локальная концентрация энергии и сил — сжатие струи воды и увеличение напора в десятки и сотни раз в гидромониторах (при напоре в сотни атмосфер можно обрабатывать гранит и базальт), фокусировка электронного пучка набором линз и др.

Наиболее опасным случаем снижения коррозионной стойкости является локальная концентрация напряжений в малом объеме металла, что наблюдается, например, при коррозии сварных соединений.