Напряжений разрушение

Методика предполагает сТценку ресурса оборудования с учетом механохимических процессов (усиление коррозии от действия механических напряжений), концентраторов напряжений, различного рода дефектов, в том числе, тре-щиноподобных (непровары и подрезы) сварных швов, царапины, резкие переходы от поверхности швов к основному металлу, трещины, несплошности различного происхождения).

1.2. Методика предполагает оценку ресурса оборудования с учетом меха-нохимических процессов (усиление коррозии от действия механических напряжений), концентраторов напряжений, различного рода дефектов, в том числе трещиноподобных (непровары и подрезы сварных швов, царапины, трещины, несплошности различного происхождения и др.).

жения понижают, а напряжения сжатия повышают сопротивление материала коррозии, в том числе в условиях различных видов нагружения. На остаточные напряжения, возникающие при нанесении металлических покрытий, существенное влияние оказывают природа металлов основы и покрытия,' состояние поверхности, метод предварительной обработки и нанесения покрытия и режимы осаждения, а также наличие посторонних примесей в осадке, в том числе водорода. В качестве предварительной подготовки поверхности обычно используют шлифовку, полировку, пескоструйную и дробеструйную обработку. При механической обработке могут происходить неравномерная пластическая деформация, местный нагрев и связанные с этим фазовые превращения, приводящие к возникновению остаточных напряжений различного знака в поверхностном слое металла, что сказывается на общем напряженном состоянии металла с покрытием и на его коррозионном поведении.

Уменьшение внутренних растягивающих напряжений. При анализе причин возникновения КР отмечалось, что необходимым условием для развития процесса КР является действие растягивающих напряжений. По, своему происхождению эти напряжения могут быть различными: внешними (активными), проявляющимися в результате приложенной нагрузки или давления и т. п.; термическими (из-за наличия градиента температур в металле) или внутренними (остаточными), которые возникают в результате различных технологических операций при изготовлении деталей (термической обработки, сварки, деформаций и т. д.). Вследствие неизбежной неравномерности распределения напряжений различного рода по поверхности металла, в отдельных местах ее создаются наиболее опасные участки с высокими растягивающими напряжениями. Доказано, что даже в отсутствие активных внешних нагрузок на таких участках может быстро развиваться КР.

В зависимости от физико-химических свойств и исходной структуры материала деталей, режимов резания, геометрии режущего инструмента на разной глубине поверхностного слоя возникают различные фазовые превращения и изменение физико-механических свойств поверхностного слоя, что приводит к возникновению в поверхностном слое значительных по величине остаточных напряжений различного знака. На величину и распределение остаточных напряжений наибольшее влияние оказывают скорость резания, подача и величина переднего угла режущего инструмента. При увеличении подачи возрастает толщина снимаемого слоя, увеличивается степень пластической деформации поверхностного слоя, возрастают силы трения и количество тепла, выделяющегося в зоне резания, а следовательно, растут величина и глубина распространения остаточных напряжений.

Электрохимическая коррозия металлов и сплавов имеет место при контакте с влажными газами и жидкими электролитами (водные растворы, расплавы). Для этих процессов характерно пространственное разделение компонентов, участвующих в реакциях окисления (анодные реакции) и реакциях восстановления (катодные реакции). В реальных условиях поверхность технического металла или сплава является обычно электрохимически неоднородной — отдельные участки ее (анодные и катодные) обладают различными значениями электродного потенциала. Причины электрохимической неоднородности весьма многочисленны из-за включений, неоднородных и несплошных пленок из продуктов коррозии, напряжений различного рода и знака, различной концентрации компонентов-окислителей на отдельных участках. Таким образом, на поверхности технического металла или сплава возникают бесчисленные микрогальванические коррозионные элементы (микропары), генерирующие коррозионный ток, суммарная величина которого определяет материальный эффект коррозии. Возможно также возникновение макрогальванических коррозионных элементов (макропар) в тех случаях, когда локализация анодной и катодной реакции происходит на значи-

по величине остаточных напряжений различного знака. На величину и распределение остаточных напряжений наибольшее влияние оказывает скорость резания, подача и величина переднего угла режущего инструмента. При увеличении подачи возрастает толщина снимаемого слоя, увеличивается степень пластической деформации поверхностного слоя, возрастают силы трения и количество тепла, выделяющегося в зоне резания, а следовательно, растут величина и глубина распространения остаточных напряжений (см. табл. 6).

Процессы, происходящие в металле сварных соединений, могут приводить к хрупким разрушениям сварных конструкций. Опыт эксплуатации ответственных металлических конструкций показывает, что изготовление сварных узлов без трещин еще не устраняет опасности разрушения хрупких материалов при работе в условиях сложного напряженного состояния и низких температур. Причинами разрушений могут быть макроскопические концентраторы напряжений, различного вида несовершенства кристалличе-

Работа указанных конструкций в широком диапазоне температур от комнатной до 900—1000°*Отребует всесторонней оценки жаропрочности входящих в них сварных соединений — основной характеристики, определяющей эксплуатационную надежность изделия в данных условиях. При ее определении должны быть учтены особенности сварных соединений и прежде всего неоднородность строения и свойств отдельных зон соединения, а также наличие в районе стыка концентраторов напряжений различного характера и происхождения, оказывающих заметное влияние на условия их работы. Пренебрежение этими факторами и определение свойств сварных соединений лишь с помощью «классических» методов оценки жаропрочности сталей и сплавов

В закритическом интервале температур с их повышением вероятность растрескивания, наоборот, снижается. При термической обработке в этом интервале условия нагрева приобретают уже существенное значение, так как при малой скорости нагрева возможно разрушение в зоне температур максимальной чувствительности к трещинообразованию. В связи с этим в действующих инструкциях при регламентации режима термической обработки сварных узлов в закритическом интервале температур (например, при аустенитизации или нормализации) необходимо оговаривать скорости нагрева во время прохождения опасного интервала температур. Особое внимание этому должно уделяться в узлах высокой жесткости, в случае разностенности свариваемых элементов в них и наличии концентраторов напряжений различного происхождения.

- влияние концентрации напряжений различного рода (трещин, пор, раковин, конструктивных зазоров и др.);

Процессы, происходящие в металле сварных соединений, мо-уг приводить к хрупким разрушениям сварных конструкций. Опыт эксплуатации ответственных металлических конструкций показы-?ает, что изготовление сварных узлов без трещин еще не устраняет опасности разрушения хрупких материалов при работе в условиях сложного напряженного состояния и низких температур. При-шнами разрушений могут быть макроскопические концентрато-эы напряжений, различного вида несовершенства кристашшче-

Разрушение металла, вызываемое одновременным воздействием агрессивной среды и переменных растягивающих напряжений, называется коррозионной усталостью. В химической промышленности нередки случаи такого разрушения деталей аппаратов и машин. Разрушение вследствие усталости обычно сопровождается образованием меж- и транскристаллитных трещин, развитие которых идет главным образом в период приложения растягивающих напряжений. В условиях переменных напряжений разрушение металлов и сплавов происходит при напряжениях, меньших чем напряжения, необходимые для возникновения коррозионного растрескивания при растягивающих нагрузках.

Влияние концентрации напряжений. Разрушение деталей при переменных напряжениях происходит вследствие прогрессивно развивающейся трещины, которая возникает в наиболее напряженном месте детали. Поэтому прочность при переменных напряжениях тесно связана с местными напряжениями, развивающимися вблизи отверстий, выточек, шпоночных канавок, галтелей, резьбы, входящих углов, рисок, а также в местах внутренних дефектов материала: трещин, включений и т. д. Эти места (например, вблизи надрезов), являющиеся причиной возникновения местных напряжений, называют концентраторами напряжений. Явление возникновения местных напряжений называется концентрацией напряжений.

вости совпадает с пределом прочности. Количество циклов напряжений, необходимое для доведения элемента конструкции до разрушения, зависит от величины наибольшего переменного напряжения и от алгебраической разности между крайними значениями переменных напряжений, которым элемент подвергается. Чем больше эта разность, тем меньшее число циклов напряжений требуется для доведения материала до разрушения. Зависимость между числом перемен напряжений и величиной наибольшего напряжения графически изображается кривой гиперболического типа (рис. 112). При больших значениях напряжений разрушение происходит при малом числе циклов. По мере уменьшения величины напряжений число циклов возрастает. Наконец, при величине напряжения, равной пределу выносливости ол, материал выдерживает любое число циклов.

Теория максимальных нормальных напряжений. По этой теории преобладающим является влияние на прочность максимальных нормальных напряжений. Разрушение происходит при достижении максимальным нормальным напряжением предельной для данного материала величины.

В соответствии с теорией наибольших касательных напряжений разрушение происходит, когда максимальное касательное напряжение достигает предельной для данного материала величины. Условие прочности запишем

Влияние концентрации напряжений. Разрушение деталей при переменных напряжениях происходит вследствие прогрессивно развивающейся трещины, которая возникает в наиболее напряженном месте детали. Поэтому прочность при переменных напряжениях тесно связана с местными напряжениями, развивающимися вблизи отверстий, выточек, шпоночных канавок, галтелей, резьбы, входящих углов, рисок, а также в местах внутренних дефектов материала: трещин, включений и т. д. Эти места (например, вблизи надрезов), являющиеся причиной возникновения местных напряжений, называют концентраторами напряжений. Явление возникновения местных напряжений называется концентрацией напряжений.

В кирпичных постройках раствор, как правило, является слабейшим звеном, в особенности при растяжении. Кирпичные стены обычно проектируются и возводятся так, чтобы исключить возникновение растягивающих напряжений. Разрушение кирпичной кладки при растяжении всегда происходит либо по раствору, либо по поверхности раздела кирпич—раствор. Раствор имеет высокую прочность на сжатие и умеренную сдвиговую прочность.

Вязкое разрушение при ползучести происходит при высоких уровнях нагрузок. Снижение нагрузок приводит к развитию меж-зеренного разрушения. В зависимости от уровня температур и напряжений разрушение происходит преимущественно по одному из двух типов —образование клиновидных трещин или образование пор.

В области повышенных температур и пониженных напряжений разрушение при ползучести реализуется путем зарождения и роста пор. Для деталей теплоэнергооборудования этот вид разрушения представляет наибольший интерес. Рассмотрим особенности зарождения и роста пор в металле паропроводов и пароперегревателей из перлитных марок сталей в процессе эксплуатации. Микропоры обнаруживаются на второй стадии ползучести. Результаты исследований [9,10] показывают, что микропоры зарождаются на границах зерен, на субграницах и у карбидных частиц. Большую роль в зарождении пор играют карбидные частицы размером 0,2 мкм и выше. Около 45% обнаруженных пор зарождаются у карбидных частиц. Поры расположены весьма неравномерно, в отдельных объемах в приграничных зонах появляются скопления пор.

напряжений разрушение в направлении нагружения у вершины концентратора не обнаруживается даже на образцах, у которых при ширине 89 мм размер срединного надреза или кругового отверстия достигает 25,4 мм. Во-вторых, усталостные испытания композита [0°/90°]s с надрезом показывают, что ухудшение характеристик и развитие разрушения в направлении нагружения связано главным образом с образованием сдвиговых трещин в матрице, как показано на рис. 2.15.

Большинство элементов конструкций реальных наши я сооружений pa-дотает в условиях нестационарного механического нагружавши При малых уровнях максимальных напряжений разрушение материалов носит усталостный характер, несущая способность я долговечность таких деталей рассчитываются но критериям усталостного разрушения. Во многих случаях элементы конструкций испытывают кратковременные перегрузки до напряжений, соизмеримых о пределом текучести исходного материала или превышавших его. Тогда при общем сравнительно низком уровне напряженности (например, в изделиях типа паровых котлов) фактор повторно-статических перегрузок мовет иметь решатее значение в исчерпании несущей способности в результате тех или иных трансформаций в материале, которое формально можно отождествлять о понятием поврежденное™.