Напряжения становятся

Так как усталостная трещина начинается в поверхностном слое, то чем тщательнее обработана поверхность образца (детали), тем выше предел выносливости. По сравнению с полированными образцами стали (ап = 1000 МПа) предел выносливости шлифованных образцов снижается на 10—15 %, а фрезерованных на 45—50%, С увеличением размера образца предел выносливости уменьшается («масштабный фактор»). Предел выносливости изделий всегда ниже, чем образцов. Чем больше растягивающие напряжения на поверхности, тем ниже выносливость. Увеличение сжимающих напряжений при неизменном растягивающем напряжении смещает кривую усталости в направлении больших напряжений. Это объясняется тем, что растягивающие напряжения способствуют раскрытию трещины, а сжимающие, наоборот, затрудняют.

В то же время тепловой эффект от резания металла вызывает появление остаточных растягивающих напряжений. Так как оба фактора действуют совместно и одновременно, то знак результирующего остаточного напряжения в поверхностном слое металла зависит от того, какой из факторов превалирует. Заметим, что величина остаточных напряжений может превосходить и предел текучести для одноосного напряженного состояния. Благоприятными остаточными напряжениями на поверхности с точки зрения прочности и износостойкости являются сжимающие, а растягивающие напряжения способствуют росту поверхностных трещин, дефектов и поверхностному разрушению (изнашиванию) материала [32].

Исследования процесса разрушения от переменных напряжений показали, что при этом в материале возникает микротрещина, которая постепенно проникает в глубь изделия. Переменные напряжения способствуют быстрому развитию трещины, так как во время работы края ее то сближаются, то расходятся. По мере развития трещин усталости поперечное сечение ослабляется все сильнее и в некоторый момент ослабление достигает такой величины, что случайный толчок или удар вызывает мгновенное хрупкое разрушение.

применяют при изготовлении постоянных магнитов. Ги-стерезисная петля этих материалов имеет большую площадь. Измельчение структуры, наличие посторонних включений (частиц второй фазы), внутренние напряжения способствуют повышению магнитной твердости этих материалов -и, таким образом, магнитной энергии магнита

достигают 3,15 кгс/мм2. Соответствующие окружные напряжения на поверхности являются растягивающими и составляют около 1,4 кгс/мм2. Как отмечалось, эти напряжения способствуют растрескиванию матрицы вокруг волокна. Для системы, показанной на рис. 24, растягивающие напряжения равны 1,4 кгс/мм2, что, по-видимому, недостаточно, чтобы вызвать какое-либо повреждение, ухудшающее состояние поверхности раздела. Дополнительные поляризационно-оптичеекие исследования были проведены Теокарисом и Маркетосом [64]. Изучалось распределение напряжений вокруг волокна в композитах, отличающихся по составу и содержанию наполнителя.

Приложение к металлу растягивающих напряжений ускоря- ) ет етоТсоррозЙнноё "разрушение [ 12, 89]. Пе?иодаческ(эе jaff^, жёнйе металла увеличивает скорость коррозии точти вдвое [Ш]. Однайо~огйсно~не столько* ускорение общей коррозии металла, сколько то, что напряжения способствуют локализации коррозии деформируемого металла. Последнее приводит к тому, что на поверхности металлов и сплавов зарождаются, а затем интенсивно развиваются трещины. По мере углубления трещины становятся все более острыми концентраторами механических напряжений. В момент, когда напряжения в вершине трещины превысят предел прочности металла, наступает мгновенное его ,

в средах, в к-рых процесс коррозии практически не идет, напр, в среде безводного бензина, керосина, ацетона и др. Время до растрескивания одного и того же сплава изменяется в зависимости от среды от неск. минут до неск. месяцев или до полной устойчивости в данной среде. Однако при большой скорости коррозии коррозионное растрескивание не наступает. Большую роль в скорости образования трещины играют характер и толщина естеств. или искусств, защитных пленок. Коррозионное растрескивание может происходить только при действии растягивающих напряжений, а сжимающие напряжения способствуют уменьшению склонности к коррозионному растрескиванию. Дробеструйная обработка, обработка роликами и др., при к-рых создаются на поверхности магниевых сплавов напряжения сжатия, существенно повышают сопротивление сплавов коррозионному растрескиванию. Коррозионная трещина всегда развивается перпендикулярно направлению действия растягивающих напряжений, при этом разрушение образцов носит хрупкий характер. Трещина, часто прерывистая, проходит как по телу зерна, так и по границам зерен (рис. 8). С увели-

Три десятилетия назад общая теория КР была представлена [129, 137] в виде следующего механизма КР алюминиевых сплавов. Коррозия происходит вдоль локальных зон, приводя к образованию углубления. При этом растягивающие напряжения, нормально направленные к очагу коррозии, создают концентрацию напряжений в локальных углублениях. В алюминиевых сплавах такие анодные зоны предполагаются как результат различия электрохимических потенциалов между выделениями по границам зерен или между зонами, прилегающими к границам, и телом зерна [51]. Роль напряжений в росте трещины при КР понималось как средство раскрытия локальных очагов. Тем самым напряжения способствуют проникновению и взаимодействию электролита со свежеобразованной не защищенной оксидом поверхностью металла. Предполагается, что в этом случае коррозия вдоль границ зерен ускоряется, поскольку свежеобразованный металл является более анодным. Эта теория широко распространена особенно среди работников алюминиевой промышленности, поскольку она согласуется со многими экспериментальными данными, касающимися влияния термообработки на сопротивление КР, как отмечено в разделе «Металлургические факторы и разработка сплава» [51, 85].

Коррозионное растрескивание сопровождается полным разрушением металла, причем напряжения способствуют ускорению разрушения ослабленных коррозией границ зерен металла. Характерным при этом является то, что при отсутствии напряжений общая коррозия в таких условиях протекает крайне незначительно или вовсе отсутствует.

Ряд исследователей [111,70; 111,75] считает, что механические напряжения способствуют разрушению защитной окисной пленки на металле и тем самым интенсифицируют коррозионный процесс. Следует, однако, заметить, что подобные представления теряютсилу, если рассматривать коррозионное поведение нержавеющей стали с точки зрения адсорбционной теории пассивности или теории модификаций [111,76]. Как было показано Л. В. Рябченковым [111,77] и другими исследователями [111,70; 111,72], коррозионное растрескивание связано с электрохимическими процессами. Наличие механических напряжений способствует возникновению анодных участков и интенсификации анодного процесса. В связи с этим наложение поляризующего тока должно существенным образом влиять

Из изложенного следует, что для наступления коррозионного растрескивания необходимо совместное воздействие на металл механических напряжений и коррозионной среды. Коррозионная среда должна вызывать селективное разрушение поверхности металла [111,83]. Этому условию отвечают, в частности, растворы, содержащие ионы галогенов. По мнению Д. Д. Харвуда [111,75], механические напряжения способствуют в ряде случаев локализации коррозии, увеличению электрохимической активности металла, нарушению защитной пленки, изменению фазового состава сплава. Д. В. Ментер [111,84] считает, что в присутствии ионов хлора окис-ная пленка разрушается в первую очередь на тех участках металла, где имела место пластическая деформация.

Длина цилиндрической части принималась равной четырем диаметрам сосуда (* = 4Д). Кольцевые сварные швы со смещением кромок сваривали ручной электродуговой сваркой электродами УОНИ-13/55. К цилиндрической обечайке приваривали два эллиптических днища. Смещение кромок составляло 30% от толщины стенки сосуда. Кроме того, было изготовлено два сосуда с кольцевым швом, имеющих стопроцентное смещение кромок. Эти сосуды были изготовлены специально, чтобы убедиться, что даже при максимально возможном смещении кромок равнопрочность сосуда не будет нарушена. Заметим, что при таком смещении кромок коэффициент концентрации напряжений составляет (по теории оболочек) около четырех (аст =4,0). Причем, осевые напряжения становятся больше чем окружные напряжения. Тогда как для сосудов без смещения кромок окружные напряжения в два раза больше осевых напряжений.

вен 2,0. На поверхности раздела коэффициент концентрации несколько уменьшается и составляет 1,80. В точке поверхности раздела, отстоящей на 90°, напряжения становятся растягивающими и коэффициент концентрации равен —0,5.

малыше напряжения, поэтому разрушение происходит чаще путем отрыва, -чем путем проскальзывания из-за сдвига. Максимум нормальных напряжений отвечает условию 6=0°, где 0 — угол^ отсчитываемый при обходе волокна от направления нагружения. В области значений 6 от 70 до 90° нормальные напряжения становятся сжимающими, так что здесь отрыв наблюдаться не должен.

0ПЧ (рис. 2.32, б), в материале в этом месте образуется трещина — площадь поперечного сечения уменьшается (рис. 2.32, е) и без дальнейшего увеличения нагрузки напряжения в сопротивляющейся еще части поперечного сечения возрастают. Вблизи дна трещины напряжения становятся равными опч, трещина продолжает развиваться (рис. 2.32, г) до тех пор, пока не разрушается стержень по всему ослабленному сечению (рис. 2.32, д). Процесс этот происходит в очень короткий промежуток времени — почти мгновенно. Состояние, изображенное на рис. 2.32, б, является опасным для стержня, ему соответствуют средние напряжения в ослабленном сечении, значительно меньше, чем аоп = а„ч.

ламывается часть зуба, причём трещина сначала распространяется вдоль зуба по его основанию, а затем идёт поперёк зуба или наискось, выходя к его вершине по сечению, в котором напряжения становятся большими, чем у основания зуба вследствие работы надломленной части зуба (по его длине) как консоли. Зубчатки с выломанным краем зуба могут продолжать работать, если при поломке не произошло повреждения остальных зубьев от попадания в зацепление отломившихся кусков зубьев.

осадке может в некоторых случаях перейти в разноимённую, при которой среднее и наименьшее главные напряжения становятся растягивающими. Такое напряжённое состоя-

напряжения становятся равными пределу текучести металла

Таким образом, механизм дробления в вибрационной щековой дробилке состоит в следующем. В остроугольном куске при малых амплитудах колебаний не возникает напряжений, достаточных для его полного разрушения за один ход щек. При небольших деформациях, возникающих в местах контакта куска с плитами, напряжения достаточны лишь для разрушения выступающих частей. Однако по мере скалывания неровностей и приобретения куском окатанной формы увеличивается поверхность контактных зон, напряжения возрастают и распространяются на все больший объем материала. Когда напряжения становятся разрушающими, кусок раздрабливается. Многократные высокочастотные деформации куска способствуют раскрытию внутренних трещин и накоплению остаточных деформаций, которые снижают уровень разрушающих напряжений. Высокочастотное движение дробящих щек обусловливает также ударный характер процесса дробления. Удар возникает вследствие того, что кусок, не успевая опуститься при раздвижке щек, теряет контакт с их поверхностью, возникает зазор, при вибрации которого происходит удар.

В вязкой области материалы становятся малочувствительными к несплошностям, что приводит к возможности появления в деталях устойчивых трещин больших размеров, сравнимых с геометрическими размерами деталей. Такие большие несплошности могут обусловить существенное перераспределение напряжений в макрообъемах детали. При этом лавинообразное разрушение может начаться в макрообъемах, непосредственно прилегающих к несплошности, где напряжения становятся сравнимыми с пределом прочности материала Rm.

В вязкой области материалы становятся малочувствительными к несплошностям, что приводит к возможности появления в деталях устойчивых трещин больших размеров, сравнимых с геометрическими размерами деталей. Такие большие несплошности могут обусловить существенное перераспределение напряжений в макрообъемах детали. При этом лавинообразное разрушение может начаться в макрообъемах, непосредственно прилегающих к несплошности, где напряжения становятся сравнимыми с пределом прочности материала Rm.

Циклическая диаграмма (рис. 1.12, и) соответствует деформированию материала поверхности детали, омываемой горячей средой перед пуском агрегата из горячего состояния [точка (5)]; циклическое деформирование при последующих циклах эксплуатации выражается в последовательности этапов 5 — 6—/, 1 — 2 — 3, 3 — 4 — 5. Начальное деформирование 5 — 6 с появлением растягивающих напряжений обусловлено частичным охлаждением детали, поскольку температура средыв начальный момент ниже, чем температура поверхности горячей детали. По мере роста температуры рабочего тела, прогрева поверхности за счет теплопередачи от среды напряжения становятся сжимающими, дважды меняя знак при переходе к концу прогрева (точка 2). Важно, что при высокой температуре термического цикла к концу прогрева и на стационарном режиме 2 — 3 деформирование и релаксация напряжений протекают в полуцикле действия растягивающих напряжений. При этом накопление повреждений материалом конструкции в цикле термоусталостного нагружения определяется прежде всего необратимыми деформациями е]р, s'j, s"1 на этапах термического цикла и ес стационарного режима.