Остаточных микронапряжений

Рентгенографические методы анализа широко используются для изучения структуры, состава и свойств различных материалов. Широкому распространению рентгенографического анализа способствовали его объективность, универсальность, быстрота многих его методов, точность и возможность решения разнообразных задач, часто недоступных другим методам исследований. Вследствие высокой проникающей способности рентгеновских лучей для осуществления анализа не требуется создание вакуума. С помощью рентгенографического анализа исследуют: качественный и количественный состав материалов (рентгенофазовый анализ), тонкую структуру кристаллических веществ - форму, размер и тип элементарной ячейки, симметрию кристалла, координаты атомов в пространстве, степень совершенства кристаллов и наличие в них микронапряжений, наличие и величину остаточных макронапряжений в материале, размер мозаичных блоков, тип твердых растворов, текстуру веществ, плотность, коэффициент термического расширения, толщину покрытий и т.д.

макронапряжения, и для ненапряженного образца, можно определить величину и знак остаточных макронапряжений.

Белый слой, характеризующийся благоприятным сочетанием остаточных макронапряжений и структуры, наиболее эффективно повышает трещиностойкость стали и является весьма перспективным способом повышения стойкости стальных деталей к коррозионному растрескиванию. Сопротивление стали коррозионному растрескиванию зависит от содержания в ней углерода. Так же, как и сопротивление коррозионной усталости, максимальная стойкость к коррозионному растрескиванию наблюдается у стали с содержанием углерода 0,4-0,65 % (рис. 31). Это связано с тем, что при указанном содержании углерода количество остаточного аустенита небольшое (до 10 %) и увеличивается с ростом содержания углерода в стали. При этом уменьшается способность металла к релаксации локальных напряжений вследствие уменьшения подвижности дислокаций. В сталях, легированных хромом в количестве 12 % и более, релаксация напряжений облегчается вследствие уменьшения активности углерода, переходящего в карбиды. В результате этого, а также из-за увеличения пассивирующего действия хрома рост трещин резко замедляется.

Метод наклонных съемок использовался, в частности, при оценке макронапряжений в детонационных покрытиях из никелевого порошка и твердого сплава ВК15 [266]. При напылении этих материалов происходит изменение химического состава и параметров кристаллической решетки. Рентгенограммы снимали на дифрактометре ДРОН-2 в железном излучении при угле поворота образца г) — 90, 90 -{- 30, 90 + 45, 90 + 65°. В результате испытаний установлен сложный характер распределения остаточных макронапряжений по глубине детонационных покрытий.

Чамиса [19]. Приведенные в ней результаты показывают, что на остаточные макронапряжения влияют такие факторы, как модуль упругости смолы, ее температурный коэффициент линейного расширения, объемное содержание пустот, неоднородность объемного содержания волокон по толщине композита и введение промежуточных слоев. В работе даны некоторые предложения по минимизации и (или) устранению остаточных макронапряжений.

На рис. 85 приведена зависимость между величинами остаточных макронапряжений (в области между экстремальными значениями) и сдвига потенциала при различных скоростях резания. При одинаковых значениях остаточных напряжений скорость резания оказывает существенное влияние на потенциал. Как следовало ожидать, наблюдается симметрия в разблагоражи-вании электродного потенциала при появлении напряжений сжатия или растяжения, т. е. направление изменения потенциала не зависит от знака напряжений.

Как видно из сопоставления кривых зависимости максимальных значений остаточных макронапряжений и сдвигов электродных потенциалов от скорости резания (см. рис. 86), минимум напряжений не совпадает с минимальной величиной разблагораживания^о-тенциала и последний параметр является более чувствительным критерием для выбора оптимального технологического режима. Это позволило предположить, что степень и характер наклепа играют существенную роль, обусловливая сложно-напряженное состояние металла и микроэлектрохимическую

Исследование холоднообработанного алюминия, испытанного по двойному изгибу, показало, что характер зависимости микротвердости, величины блоков, остаточной упругой деформации решетки, остаточных макронапряжений от числа циклов в этой области сильно зависит от уровня амплитуды нагружения [92].

Данная классификация наряду с известными критериями шероховатости и волнистости, глубины и степени наклепа, остаточных макронапряжений содержит:

Тангенциальные и осевые составляющие остаточных макронапряжений в сплаве ЭИ437А после точения и последующего шлифования, полирования и упрочняющей обработки обдувкой дробью и обкаткой роликами образцами определяли на кольцах (рис. 3.2, а) и пластинах (рис. 3.2, в), вырезанных из втулки (рис. 3.2, б) [35].

обработка рабочей поверхности образца по заданному режиму. - При определении остаточных макронапряжений в плоских образцах использовали обычную теорию стержней, основанную на гипотезе плоских сечений. Остаточное напряженное состояние предполагалось одноосным.

кон. Опыты, проведенные на однослойных эпоксидных композиционных материалах, изготовленных на основе высокомодульных поливинилспирто-вых волокон [34], показывают, что применение поверхностных модификаторов из ряда ароматических диизо-цианатов способствует снижению почти в 100 раз скоростей растрескивания композиционных материалов при действии постоянных во времени растягивающих напряжений. Такой эффект объясняется более сильным химическим взаимодействием между составляющими композиционного материала, а также снижением остаточных микронапряжений на границе раздела волокно—связующее. Экспериментальные исследования остаточных напряжений на границе волокно—связующее, выполненные поляризационно-оптическим методом, на полиэфирных и эпоксидных модельных стеклопластиках показывают, что, аппретируя поверхность стекловолокна или вводя аппрет в связующее, можно эффективно управлять остаточными радиальными, осевыми и тангенциальными микронапряжениями. Использование аппрета ГВС-9 в полиэфирном стеклопластике холодного отверждения понижает все указанные напряжения примерно на 50 %, а аппрет АГИ-9 в эпоксидном стеклопластике холодного отверждения уменьшает главные растягивающие напряжения Oj и о3 примерно на 43%.

Влияние остаточных микронапряжений проявляется при измерении или определении микромеханическими методами интегральных характеристик однонаправленных композитов. Напряжения этого типа исследованы в томе серии посвященном микромеханике этих материалов. Здесь рассмотрены макронапряжения.

A. Влияние остаточных микронапряжений......... 156

В процессе изготовления волокнистых композитов в компонентах и на границе раздела неизбежно возникают остаточные микронапряжения. Возникновение остаточных микронапряжений обусловлено двумя основными причинами: (1) различием в коэффициентах термического расширения компонентов и (2) повышенной температурой, необходимой для отверждения композита. Для исследования остаточных микронапряжений развиты и экспериментальные, и теоретические методы [10]. В настоящем разделе мы будем интересоваться величиной этих напряжений в связи с их возможным влиянием как на свойства матрицы в композите, так и на истинное напряженное состояние, вызванное приложенной механической нагрузкой.

Трактовка микронапряжений в рамках классической теории упругости опирается на модель, изображенную на рис. 43. В такой постановке распределение остаточных микронапряжений было исследовано в [34]. Предполагалось, в частности, что матрица дала усадку на 1%, а волокна вообще не сократились. Это соответствует волокнистому композиту с эпоксидной матрицей, испытавшему после отверждения перепад температур примерно в 150° С.

Следует выделить из предыдущего обсуждения два важных вывода: (1) при использовании для вычисления максимального главного напряжения точных методов нельзя пренебрегать остаточными напряжениями; (2) влияние остаточных микронапряжений отражается в поправочных коэффициентах полуэмпирической теории.

несжимаем (его пластическая деформация не связана с изменением плотности). Система параллельных длинных цилиндрических отверстий в матрице приводит уже к макроскопической анизотропии как в упругой, так и в пластической областях и к сжимаемости в пластической области (рис. 1.1). Пластичные композиты, компоненты которых несжимаемы в пластической области, но имеют различные упругие модули, будут проявлять в общем некоторую необратимую сжимаемость за пределом упругости, связанную с изменением системы остаточных микронапряжений в процессе пластического деформирования. Следовательно, комбинации из материалов, каждый из которых в отдельности деформируется упруго при гидростатическом давлении, будут обнаруживать при действии этого давления пластические деформации. Од-

Некоторые исследователи считают, что склонность закаленной стали к замедленному разрушению связана не столько с присутствием водорода и среды, сколько с закономерностями мартен-ситного превращения, приводящего к возникновению в структуре стали остаточных микронапряжений вследствие «динамического» эффекта при столкновении быстрорастущих мартенситных кристаллов друг с другом или с границами зерен [91, 131]. Этим объясняется ЗР сталей по границам старых аустенитных зерен [90]. Склонность к ЗР объясняют постепенным накоплением дефектов структуры, образующихся в результате вязкого течения по границам зерен [113]. Склонность к ЗР возрастает с увеличением податливости нагружающей системы. Так, при длительном нагружении на растяжение с перекосом 12° болтов диаметром 10 мм из стали ЗОХГСА (в состоянии закалки с

151. Паллей И. 3. Приложение теории остаточных микронапряжений к неизотермическому деформированию. — Изв. АН СССР. Механика, 1965, № 2.

Об этом же свидетельствуют данные изучения [77] темпов изменения во времени электродного потенциала предварительно молотого медного порошка в растворе CuSO4 'и остаточных микронапряжений II рода, из которых следует, что медь растворяется и осаждается преимущественно на одних и тех же местах и только небольшая часть ее атомов перемещается по поверхности.

На рис. 29 приведены кинетические кривые растворения в уксуснокислом электролите для порошка, молотого в течение 0,5 ч, и порошка, затем отожженного. Полученные кривые по характеру соответствуют кривой, приведенной на рис. 3, причем квазистационарное состояние достигалось примерно через 6—7 мин, что в принципе может быть обусловлено как полным растворением деформированных поверхностных объемов высокодисперсного тела, так и релаксацией остаточных микронапряжений вследствие хемомеханического эффекта (см. п. 7). Действительно, релаксация остаточных микронапряжений на монокристалле кальцита вследствие хемомеханического эффекта, как это наблюдалось нами, происходит в течение 1—3 мин (концентрация уксусной кислоты была более высокой).