Механическом нагружении

Двойственный характер влияния покрытия на разрушение образцов был отмечен в работах, осуществленных в Физико-механическом институте АН УССР им. Г. В. Карпенко [11, 56]. Малоцикловые испытания проводились на плоских образцах из технического железа сечением 1,5.Х2 и длиной 20 мм. Покрытия из порошков вольфрама, молибдена и никеля наносили на плазменной установке. В качестве схемы нагружения был выбран чистый изгиб. Часть образцов с покрытием подвергали диффузионному отжигу. У этих образцов наблюдалось наибольшее снижение малоцйкловой прочности, что объясняется образованием хрупких переходных слоев. Малоцикловая прочность образцов с плазменными тонкими покрытиями (без отжига) практически не отличается от таковой для контрольных (без покрытия). Результаты микроскопических исследований на поперечных шлифах показали, что усталостное разрушение начинается во всех случаях с поверхности образцов. Микротрещины зарождают-

Исследованию особенностей внутреннего трения материалов с покрытиями посвящены работы, проведенные в Физико-механическом институте им. Г. В. Карпенко АН УССР [11, 25, 276 и др.], результатом которых, в частности, явилась разработка дислокационных моделей механизмов разрушения твердых тел с плазменными покрытиями.

Машина41 для испытания на усталость одновременно шести плоских образцов при изгибе, разработанная в Ижевском механическом институте, имеет устройство для мягкого и жесткого нагружения.

В Физико-механическом институте АН УССР [77] создана установка для испытаний в горячих средах циклическим изгибом с вращением образцов проволоки с отношением длины к диаметру> 50. О.бразец закреплен в цангах, причем первая может вращаться в подшипниках качения на рычаге, который можно поворачивать на определенный угол вокруг оси для создания нужного по величине напряжения в образце.

Для определения долговечности цилиндрических витых пружин, работающих в условиях ограниченно кратного или многократного динамического действия, в Ижевском механическом институте под руководством проф. В. П. Остроумова спроектирована и изготовлена машина, которая позволяет воспроизводить нагружения, при которых напряжения в испытуемой пружине соответствуют по характеру и величине эксплуатационным. Статическая рабочая сила сжатия испытываемых пружин при мощности электродвигателя 4,5 кВт не превышает 90 кгс. К основным узлам машины относятся ударный и копирный механизмы, приемник,вариатор.

Все эти аспекты коррозионной усталости металлов рассматриваются в настоящей монографии. В основу ее положены экспериментальные данные, полученные автором, его коллегами и учениками в Физико-механическом институте им. Г.В.Карпенко АН УССР за последние 15-20 лет. В ней кратко рассмотрены также отдельные данные, полученные известны-

В Ленинградском механическом институте проводились расчеты по формованию наружной армированной стеклопластиковой резьбы диаметром 52 мм профилированным бочкообразным резиновым пуансоном. Резьба формовалась из стеклотканей различных марок, пропитанных эпоксифенольными связующими и из пресс-

повышения квалификации, в Московском механическом институте им. М. В. Ломоносова;

В конце 20-х годов А. И. Зимин преподавал и в Московском механическом институте им. М. В. Ломоносова, где работал в должности доцента. В 1929 г. вышло в спет ротапринтное издание курса лекций «Горячая обработка металлов давлением» ' (первое издание технологического кружка), прочитанных А. И. Зиминым на механическом факультете этого института в 1927—1929 гг. В предисловии к этому курсу отмечалось: «Учитывая большую ценность лекций по горячей обработке металлов давлением, читаемых А. И. Зиминым, и острую потребность студенчества в литературе по кузнечному делу, научно-технологический кружок приступил к подготовке этих лекций к печатанию. В этом вопросе интересы студенчества совпадали со стремлением слушателей курсов по повышению квалификации кузнецов при ВСНХ иметь у себя лекции А. И. Зимина для руководства в практической работе.

Становление и официальное утверждение кузнечной кафедры МВТУ происходило в условиях острой потребности в высококвалифицированных специалистах-кузнецах. В эти годы А. И. Зимин наряду с организацией специализированной кузнечной кафедры в МВТУ создает и возглавляет родственные кафедры в институте повышения квалификации, в Механическом институте им. М. В. Ломоносова, в Горной академии, в Московском вечернем машиностроительном институте.

Группой исследователей под руководством В.В. Кошевого и И.М. Романишина в Физико-механическом институте НАН Украины (г. Львов) поставлена и успешно решена задача томографической реконструкции пространственного распределения компонент тензорного поля напряжений при неоднородном напряженно-деформированном состоянии вещества [5, 68, 365, 255, 359, 309]. Особое внимание уделено разработке методов ультразвуковой вычислительной томографии, пригодных для диагностики напряженного состояния толстолистовых изделий при одностороннем доступе к ним. Исследования доведены до этапа создания экспериментального образца ультразвукового томографа UST-2000, при помощи которого исследованы реальные пространственные распределения физико-механических характеристик материала и компонент тензорного поля напряжений. Исследовано влияние на результаты томографии некоторых факторов, ограничивающих возможности метода (дискретность сканирования по углу, конечность размеров электроакустических преобразователей и т.п.). Экспериментально получены томографические изображения не-однородностей в образцах со сварным соединением; с неоднородностью, искусственно наведенной вследствие локального нагрева; с запрессованным цилиндрическим концентратором напряжений.

Авторы настоящей книги подошли к рассмотрению этих факторов с единых энергетических позиций, проанализировав влияние каждого из них на энергоемкость упрочняемого материала при механическом нагружении. Это позволило предложить новые энергетические критерии для оценки эффекта упрочнения, базирующиеся на корреляции между прочностью и энергоемкостью, и разработать оригинальный структурно-энергетический подход, основы которого изложены в гл. I.

Существует известная аналогия между процессами поглощения энергии кристаллической решеткой при механическом нагружении до разрушения и при нагреве металла до состояния полного расплавления [6, 23, 24]. В обоих случаях нарушение межатомных связей наступает в результате поглощения предельной для данной кристаллической решетки величины энергии. При нагреве металла от заданной температуры Ти до температуры плавления Ts и в процессе плавления поглощаемая предельная удельная энергия

Если удельная энергия, затрачиваемая на предельное искажение кристаллической решетки и нарушение межатомных связей, не зависит от вида подводимой энергии (тепловой или механической) , как это было допущено нами ранее [27], то предельная удельная энергия, которую способна поглотить кристаллическая решетка, должна равняться F. Тогда, согласно указанной выше аналогии, и при механическом нагружении 'удельную энергию предельного искажения кристаллической решетки

но по всему объему металла, а при механическом нагружении вследствие анизотропности и несовершенства строения кристаллической решетки поглощение энергии будет неоднородным. Поэтому яри подводе механической энергии кристаллическая решетка искажается -неравномерно: большинство объема нагру-жищого_ металла -составляют участки с далеко не предельными искажениями. При дальнейшем подводе энергии в локальных объемах металла с предельно искаженной кристаллической решеткой возникают нарушения сплошности, являющиеся очагами для последующего локального поглощения энергии. Вот почему сопоставление энергоемкости металла при нагреве и плавлении с предельной энергоемкостью при механическом нагружении возможно при учете лишь тех локальных объемов металла, которые насыщены удельной энергией предельной величины F.

Чтобы учесть фактор неоднородности поглощения энергии при механическом нагружении, рассмотрим объемы, принимающие участие в поглощении энергии с момента нагружения металла до полного разрушения. При механическом нагружении к моменту разрушения в теле объемом V можно выделить следующие объемы, принимающие участие в процессе деформирования и разрушения металла и характеризующиеся различными величинами поглощенной энергии.

Суммируя выражения (7), (8) и (9), получаем значение общей энергии, поглощаемой металлом в процессе деформирования и разрушения при механическом нагружении:

Величина QMex характеризует общую энергоемкость металла с учетом неоднородности поглощения энергии. Необходимо отметить, что величины Ук и Ур, соответствующие предельным состояниям данного материала, являются энергетическими константами кристаллической решетки и не должны зависеть от предыстории металла и условий его нагружения. Эти условия, как и структурное состояние материала, отображаются в уравнении (10) переменными величинами Vs и п. Конкретные значения этих величин зависят от исходного состояния материала (способа изготовления, режима термической обработки, наличия концентратов напряжений и т.' д.), вида нагружения и условий деформирования (среда, скорость деформации, температура и т. п.). Чем больше величина QMex, т. е. чем выше значения отдельных слагаемых, входящих в уравнение (10), тем выше, следовательно, способность металла поглощать энергию при механическом нагружении и тем больше его прочность.

Сопоставляя полученное уравнение с выражением (6) для энергоемкости металла при плавлении Qnll , можно заключить, что величина QJJP^ будет всегда меньше Q™ , поскольку Ур < V. Отсюда можно сделать вывод, что при механическом нагружении деформи, руемый объем металла в принципе не может поглотить энергию равную его энергоемкости при плавлении. Это обстоятельство совершенно закономерно, поскольку величина Qnil соответствует состоянию металла, у которого нарушены все межатомные связи, тогда как при механическом нагружении для разрушения достаточно нарушить незначительную их часть.

щего в поглощении энергии при механическом нагружении (увеличение параметра V$), и повышению энергоемкости локальных объемов металла (увеличение параметра п).

В результате ТМО резко повышается интенсивность поглощения энергии каждым элементарным объемом и одновременно увеличивается число таких объемов. Это является следствием суммарного эффекта создания большого числа несовершенств (дислокаций), характеризующихся упорядоченным расположением и приводящих к относительно равномерному искажению кристаллической решетки. Возвращаясь к уравнению (10), можно сказать, что ТМО стали прежде всего резко увеличивает среднюю энергию искажения (характеризуемую параметром п) вследствие увеличения плотности дислокаций. При этом также повышается величина суммарного рабочего объема Vs в результате создания разветвленной субструктуры, унаследованной от структуры аустенита. Рост параметров п и Vs увеличивает энергопоглощение при последующем механическом нагружении стали, что и вызывает эффект упрочнения при ТМО.

Высокие механические характеристики нитевидных кристаллов объясняются высоким совершенством структуры таких кристаллов — отсутствием в них в заметном количестве дефектов кристаллического строения, в частности дислокаций. Это приводит к тому, что при механическом нагружении в поглощении энергии практически участвует весь объем нагруженного метал-