Напряжения разрушение

Во всех этих случаях растрескивание вызывают атомы водорода, проникающие внутрь металла либо в результате коррозионной реакции, либо при катодной поляризации [52]. Сталь, содержащая водород в междоузлиях кристаллической решетки, не всегда разрушается. Она почти всегда теряет пластичность (водородное охрупчивание), но растрескивание обычно происходит только при одновременном воздействии высокого приложенного извне или остаточного растягивающего напряжения. Разрушения такого типа называют водородным растрескиванием под напряжением (или просто водородным растрескиванием). Трещины в основном транскристаллитные. В мартенситной структуре они могут проходить по бывшим границам зерен аустенита [52].

гребней, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения шейки. Затем, исходя из условия, что разделение перетяжек происходит при достижении теоретической прочности на сдвиг, и зная величину истинного напряжения разрушения, была рассчитана средняя ширина гребня в момент окончательного сдвига. Она оказалась равной примерно 0,5 — 1 мкм, т. е. близкой к наблюдаемым на фрактограм-ме. В случае если сдвиг на перетяжках происходит не одновременно, а последовательно в процессе движения пластичной трещины, то ширина гребня может быть несколько больше из-за концентрации напряжений в вершине трещины.

Упрочнение'микроструктурными барьерами желательно, любые поиски в этом направлении следует считать перспективными. Еще до-дислокационная теория мелкозернистости доказала целесообразность размельчения зерна аустенита и всех продуктов его распада, уменьшения межпластиночного расстояния в перлите, размельчения второй фазы в гетерогенном сплаве. Главное преимущество этого способа упрочнения — сохранение пластичной матрицы и высокой вязкости разрушения. В отдельных случаях прочные включения второй фазы в пластичной матрице могут вызывать дислокационные нагромождения в системе ОЦК или плоские скопления в ГЦК у созданных барьеров, что приводит к зарождению микротрещин и снижению критического напряжения разрушения.

Различные по составу сплавы имеют неодинаковую склонность к горячесолево-му растрескиванию. Из легирующих элементов наиболее сильное влияние оказывает алюминий. Этот вопрос изучен Б. А. Колачевым и В.В.Травкиным [45] на би-'парных сплавах Ti—AI. Исследования выполняли на цилиндрических образцах диаметром 5 мм с нагружением их под тонким слоем хлористого натрия при 400 и 450°С с определением порогового напряжения разрушения образцов при базе длительности нагружения 1000 ч. Как видно из результатов экспериментов (табл. 6), только технически чистый титан практически не чувствителен к горяче-солевому растрескиванию. При повышении содержания алюминия в сплавах их стойкость умвньшантся—Поте ря^ОО-ч^эрочности увеличивается особен но т5ез ко при содержании алюминия более 4 %, при этом характер распространения трещин — межкристаллитный. Коррозионные повреждения в виде язв и трещин возникали и на образцах из чистого титана, но интенсивность их развития незначительна по сравнению со сплавами, содержащими алюминий. В работе [49] особенно рельефно показана роль наводороживания в процессе горячесолевого растрескивания титановых сплавов.

Примечание. В числителе — значения напряжения разрушения под слоем соли, i знаменателе — без слоя соли.

где iffp — максимальные напряжения разрушения при ступенчатом

Модель нагружения волокон качественно согласуется с наблюдаемым влиянием формы частицы и ее ориентации. По уравнению (8) определяется наибольшее напряжение и соответственно наибольшая вероятность разрушения частиц с наибольшим коэффициентом" формы в направлении разрушения. Кроме того, вычисленные в [57] напряжения разрушения по границе зерна цементит-ных волокон находятся в пределах вычисленного интервала прочности цементита, т.е. от 0,2 до 1-Ю6 фунт/дюйм2. Измерения действительной прочности трех цементитных чешуек в работе [87] соответственно дали 0,57, 0,66 и 1,16-101в фунт/дюйм2. Однако

Напряжения разрушения от скола в зависимости от величины, обратной корню квадратному из расстояния между частицами [47]; af — напряжение разрушения от скола.

Напряжения разрушения от скола в зависимости от величины, обратной корню квадратному из диаметра наибольших частиц карбида [47]. 1 — эффективная поверхностная энергия, ур = 1,25-10* эрг/см*;

Вероятность полного разрушения слоистого композита определяется по формуле цепи (23). При повышении напряжения G (а) быстро меняется от нуля до примерно единицы при малом увеличении а. Напряжение а, при котором G (а) достигает, скажем, величины G0 = 0,5, может быть выбрана в качестве напряжения разрушения слоистого композита. По формуле цепи получаем простое уравнение для определения прочности слоистого композита сгс:

В разд. Е мы рассмотрим некоторые приближенные формулы для прочности слоистого композита. Законы масштабного изменения прочности при переходе от модели к прототипу можно, однако, получить из точного уравнения (30) для напряжения разрушения без знания этих приближенных соотношений. Логарифмическое дифференцирование уравнения (31) для случая большого числа N параллельных элементов снова приводит к простому соотношению (32а), хотя значение п = L/6 также увеличивается с увеличением размера. Заметив, что безразмерное напряжение s включает в себя произведение ширины отдельных элементов w (толщина слоистого композита) на от и что N — WltT, где W — общая ширина слоистого композита, получим

В коррозионной среде при данном уровне напряжения разрушение обычно наступает при меньшем числе циклов, и истинный предел выносливости не достигается (рис. 7.15). Другими словами, разрушение происходит при любой приложенной нагрузке, если число циклов достаточно велико. Растрескивание металла в результате совместного действия коррозионной среды и периодической или переменной нагрузки называется коррозионной усталостью. Почти всегда разрушения этого типа больше, чем сумма разрушений в результате действия коррозии и усталости отдельно.

. Ухудшение механических свойств тем сильнее, чем хуже вакуум, выше температура испытания и больше приложенные напряжения. Разрушение образцов в плохом вакууме наблюдается по границам зерен вследствие преимущественной межкристаллитной диффузии атомов из газовой среды [1]. В этих условиях происходит преимущественное окисление по границам зерен.

Как известно, усталостные разрушения начинаются в зоне наибольшего напряжения с образования трещины на поверхности или на небольшой глубине ослабленного сечения (надрезы, отверстия, риски или другие концентраторы напряжения). Разрушение от статического растяжения обычно вызывает сокращение площади поперечного сечения образца вблизи места разрушения. Усталостное разрушение образца заметного сокращения площади его поперечного сечения практически не вызывает. Поверхность усталостного излома, как правило, имеет две зоны: собственно усталостного разрушения и окончательного разрушения (долома). Зоны усталостного излома по внешнему виду поверхности обычно характеризуются мелкозернистостью структуры металла и нали-

Поверхность изнашивания в этом случае имеет относительно небольшие неровности со следами хрупкого разрушения. Очаги разрушения зарождаются на участках наибольшего скопления концентраторов напряжения; разрушение носит локальный характер.

Характер разрушения в ряде случаев зависит от последовательности приложения нагрузок. Так, на стали 12Х18Н10Т было показано [65], что при последовательном нагружении: термоцик-лирование (600°^ЗООС) плюс длительное статическое растяжение (600°С) или при тех же температурных режимах: длительное статическое нагружение плюс термоциклирование, а также попеременное приложение термоциклического и статического напряжения — разрушение всегда проходило по границам зерен, в то время как при «чистых» испытаниях на тех же температурных режимах возможно было смешанное, а при высоких уровнях нагрузки — внутризеренное разрушение.

ную особенность. Не наблюдалось ожидаемого перехода от первой ко второй стадии распространения трещины усталости, т. е. перехода трещины в плоскость действия максимального растягивающего напряжения. Разрушение цилиндрических образцов при всех амплитудах

проходящая через величину предела прочности при растяжении 30 кГ/мм2, соответствует разрушению серого чугуна путем отрыва по выделениям графита. Граничная горизонталь, проходящая через максимальное значение касательных напряжений 50 кГ/мм*, характеризует сопротивление срезу при разрушении чугуна в результате сжатия. При растяжении серого чугуна нормальные напряжения достигают критической величины до того момента, когда развиваются опасные касательные напряжения, и разрушение происходит путем отрыва с ничтожной пластической деформацией. При кручении первыми достигают критической величины также нормальные напряжения, разрушение происходит путем отрыва, однако при больших пластических деформациях. Наконец, при сжатии первыми достигают предельных значений каса-

тельные напряжения, и разрушение происходит от среза с большими остаточными деформациями. Нормальные напряжения в это время еще не достигают своих критических значений.

среднего напряжения отличается от влияния в случае растягивающего напряжения. В области растягивающего среднего напряжения разрушение очень чувствительно к величине среднего напряжения цикла, в то время как в области сжимающего среднего напряжения

Особенности указанного механизма разрушения можно проиллюстрировать путем сравнения кривых деформации монолитных образцов цинка и алюминия с аналогичными кривыми для слоистых цинк-алюминиевых материалов при —196° С (рис. 25). При указанной температуре образцы поликристаллического цинка хрупко разрушаются до развития общей текучести в результате зарождения микротрещин, согласно модели Стро, по границам зерен с последующим быстрым распространением разрушения. Алюминий легко деформируется при низком напряжении. Для композиционных материалов Zn—А1 характерна текучесть и значительная пластичность при относительно высоком уровне напряжения. Разрушение в них наступает после того, как в слое цинка развиваются двойники, что обеспечивает образование границ цинк — цинк, которые служат местом зарождения трещин по модели Стро.