Образованием микротрещин

Для тугоплавких металлов применимы общие закономерности легирования, по которым упрочнение достигается образованием мелкодисперсных выделений с расстоянием между ча-

старение, основная цель которого — распад метастабильных твердых растворов с образованием мелкодисперсных продуктов распада, повышающих прочность металла.

Глубина наклепанного слоя, в котором заметно изменение твердости, при дробеструйной обработке сравнительно невелика и редко превышает 1 мм. Поверхностная твердость у среднеуглеродистых сталей повышается на 20—30%. у цементированных и инструментальных"—на 10%. Наибольшее приращение твердости наблюдается у сталей аустенитного класса, когда наклеп -сопровождается распадом аустенита и образованием мелкодисперсных частиц карбидной фазы. Например, твердость стали Г-13 в результате интенсивного наклепа повышается с НВ 187 до НВ 460; при этом эффект упрочнения сохраняется при нагреве до 600° С. Глубина и степень наклепа, как и возникающие при этом остаточные напряжения сжатия, возрастают с увеличением скорости дроби v, угла встречи ее с обрабаты-

Старение наклепанной стали обусловлено ускоренным распадом пересыщенных растворов углерода и азота в феррите с образованием мелкодисперсных карбидов и нитридов. Наклеп вызывает искажение кристаллической решетки и снижение растворимости. При комнатной температуре процесс старения затягивается вследствие малой скорости диффузии.

при длительных наработках даже при комнатной температуре повышается прочность, уменьшается пластичность и ударная вязкость -происходит процесс естественного старения. Нагрев наклепанной стали до температуры не менее 250 и не более ЗОО'С резко ускоряет процесс старения (искусственное старение). При этом ударная вязкость снижается до 15% по сравнению с исходным значением. Особенно резко при старении ухудшаются механические свойства, если степень пластической деформации составляет 3-10%, что наблюдается при гнутье, вальцовке, клепке. Старение наклепанной стали происходит из-за ускоренного распада пересыщенных растворов углерода и азота в феррите с образованием мелкодисперсных карбидов и нитридов. Содержание углерода в стали в пределах 0,15-0,25% существенно уменьшает склонность к старению. Существует еще один вид старения - механическое старение. При длительном нахождении на воздухе в условиях комнатной температуры или при кратковременном нагреве до температуры не менее 100 и не более ЗОО'С ударная вязкость уменьшается, прочность увеличивается. При температуре более 400*С в углеродистых котельных сталях под действием давления рабочей среды и других нагрузок возникают и развиваются процессы ползучести. В результате детали деформи-

Вынос жидких частиц технологического расплава имеет место в плавильных печах, главным образом в периоды кипения или продувки расплавленного материала. В этих же печах наблюдается также частичное испарение технологического материала из-за высокой его температуры. При этом в рабочей камере отдельные составляющие расплавляемого материала могут находится в парообразном состоянии. Образовавшиеся при плавлении возгоны уносятся из рабочей камеры отходящими газами и далее при снижении температуры в них конденсируются с образованием мелкодисперсных жидких и твердых частиц, измеряемых долями микрометра.

10—14% исходной ее величины. Особенно' резко эффект старения проявляется, когда степень пластической деформации составляет 3—10%. Такие деформации наблюдаются при гибке, клепке, вальцовке. Старение — одна из причин образования трещин в вальцовочных соединениях из малоуглеродистой кипящей стали. Старение наклепанной стали обусловлено ускоренным распадом пересыщенных растворов углерода и азота в феррите с образованием мелкодисперсных карбидов и нитридов. Наклеп вызывает искажение кристаллической решетки и снижение раст-

Для тугоплавких металлов применимы общие закономерности легирования, по которым упрочнение достигается образованием мелкодисперсных выделений с расстоянием между ча-

закалки и старения, что объясняется образованием мелкодисперсных ферромагнитных фаз в немагнитной основной фазе. В процессе пластической деформации в хромко, кунифе и викаллое возможно формирование кристаллографической текстуры, что дополнительно улучшает магнитные свойства. Сплав кобальта с платиной характеризуется высоким значением Яс, его магнитная мощность о;тах близка по значению к шт&.\ литых сплавов Fe - Ni - А1. Единственный недостаток сплава — присутствие драгоценного металла, что ограничивает его применение.

В пластически деформированных углеродистых сталях после длительной службы при повышенной температуре наблюдается явление механического старения, заключающееся в заметном снижении пластичности и ударной вязкости и в некотором росте прочностных свойств. Нагревом наклепанной стали до 250—300 °С можно резко ускорить процесс старения, т. е. провести искусственное старение. Старение наклепанной углеродистой стали связано с распадом перенасыщенных растворов углерода и азота в феррите с образованием мелкодисперсных карбидов и нитридов. Наклеп, вызывая искажение кристаллической решетки, снижает растворимость углерода и азота, что создает термодинамические предпосылки для распада твердого раствора и выделения частиц карбидов и нитридов. Эффект старения проявляется при степени деформации порядка 3—10%. Такие деформации возникают при гибке, вальцовке, кленке.

При некоторых условиях эксплуатации котлов на стенках труб со стороны воды образуются отложения оксидов металлов и неорганических соединений. В зоне отложения происходит местный перегрев, сопровождающийся добавочным осаждением из воды растворенных веществ. В результате этого обычно возникают язвы или трубы забиваются, что приводит к еще большему местному нагреву и появлению разрушающего напряжения в трубе. Кроме того, водород, образующийся в результате коррозии железа, может проникать в сталь. Начинается обезуглероживание, которое сопровождается образованием микротрещин вдоль границ зерен и может вызвать разрыв трубы. Разрушения такого типа могут происходить без значительного уменьшения толщины стенки трубы. При отсутствии отложений на трубах котлов подобных коррозионных разрушений не наблюдается [28].

В [5] отмечается, что вследствие диффузии водорода в металл происходит разрыв некогерентных границ "матрица-включение" с образованием микротрещин, давление водорода в которых достигает 200-400 МПа, что сопоставимо с пределом текучести низкоуглеродистых конструкционных сталей. Под воздействием внутреннего давления происходит рост и слияние микротрещин с последующим разрушением металла. Растрескивание стали начинается при концентрации водорода 0,1-10 ррт и протекает при температуре от минус 100 до 100°С. В [4, 5] исследовано влияние парциального давления сероводорода на скорость коррозии и водородное расслоение стали. Последнее активно начинается при парциальном давлении серо-

зующихся спадом (/), низким уровнем (//) и ростом N (///). В начале испытаний в материале имеются упругонапряженные области в квазиравновесном состоянии. Первые циклы деформации приводят к постепенному переходу в это состояние материала всего изделия, что обусловливает интенсивную АЭ. Низкий уровень эмиссии на втором участке связан с проявлением эффекта Кайзера. Повышение амплитуды на третьем участке вызвано образованием микротрещин и последующим их объединением в макротрещину.

При контактных давлениях, превышающих предел текучести исследуемого материала, периодический характер накопления пластической деформации, связанный с упрочнением и разрушением поверхностного слоя, сохраняется в широком диапазоне условий трения. Начальная стадия процесса изнашивания связана с образованием микротрещин. По мере роста числа воздействий инден-тора число микротрещин увеличивается, в результате чего отделяются частицы износа. Микротрещвны образуются тем быстрее, чем больше контактное давление. Таким образом, установлена общность механизма разрушения лри трении в условиях пластического контакта и при объемной малоцикловой усталости.

Наконец, значительное влияние на процесс разрушения могут оказать области пластичности и нелинейности, связанные с образованием микротрещин и общим ухудшением свойств материала. Существующие подходы механики разрушения не позволяют включить в анализ рассмотрение этих областей, за исключением тех случаев, когда их влияние учитывается интегральным образом.

Таким образом, наличие обратимой составляющей ширины дифракционных линий может быть обусловлено только микроразрушением поверхностного слоя, образованием микротрещин. Эта подтверждается циклическим характером изменения относительной упругой деформации решетки от нагрузки при монотонном уменьшении величины блоков (рис. 25). Периодический характер зависимости ширины линий (110) и (220) a-Fe свидетельствует о том, что при разных нагрузках одно и то же число воздействий: индентора соответствует разному состоянию поверхности — различной степени ее упрочнения или разрушения.

Однако практически все виды объемного разрушения начинаются с поверхности. Ив случае объемного разрушения возможно взаимодействие поверхностного слоя с окружающей средой, которое оказывает влияние на процесс последующего разрушения. Роль поверхности в усталостном разрушении и пути повышения усталостной прочности материалов посредством соответствующей поверхностной обработки описаны в литературе, например в [71]. Развитие процесса разрушения при растяжении также происходит с поверхности. В качестве примера можно привести работу [163], в которой исследуются особенности развития микроскопических несплошностей в поверхностных слоях алюминия, деформированного растяжением. Относительное изменение плотности по сечению образца измерялось флотационным методом с использованием химической полировки. Изменение плотности по сечению имеет вид нисходящей кривой с максимумом на поверхности. Наибольшее изменение Др/р (в 2 раза), связанное с образованием микротрещин, происходит в слое толщиной 2—3 мкм, что позволяет авторам сделать вывод о важной роли поверхностного слоя при разрушении исследуемого материала.

Еще сравнительно недавно механизм пластической деформации оставался загадкой. Сейчас ясно, что пластическая деформация, сопровождающаяся задержкой дислокаций, является своеобразным выражением упрочнения. Однако рост плотности дислокаций в локальных микрообъемах металла может привести к упрочнению только в том случае, если скопление дислокаций высокой плотности не сопровождается образованием микротрещин.

Изнашивание при хрупком разрушении наблюдается в тех случаях, когда поверхностный слой одного из трущихся металлов в результате многократной деформации отдельных выступов становится хрупким, вследствие чего разрушается и обнажает лежащие под ним менее хрупкие слои. Возникновение хрупкого поверхностного слоя металла объясняется не только наклепом поверхности, он может возникнуть также вследствие поверхностной усталости или за счет структурных превращений металла поверхности в результате нагрева при трении. При трении качения, а также при смешанном трении (например, в зубчатых передачах), когда имеют место многократно повторяющиеся высокие контактные напряжения, наблюдается усталость металла поверхностных слоев с последующим образованием микротрещин, единичных или групповых впадин. Такое изнашивание называют контактной усталостью.

Однако ряд крупных аварий из-за поломок рабочих лопаток в ЦНДТ возникающих при переходе процесса расширения пара зоны Вильсона, так, например, на АЭС Хинкли Пойнт-А (Англия) и двухконтурной АЭС Ранчо Секо (США) с прямоточным парогенератором фирмы «Бабкок и Вилкокс» [7.17, 7.18], объясняется образованием микротрещин под воздействием примесей в паре. При анализе этих и ряда других аварий было установлено,! что в проточных частях турбин происходил контакт со средой, концентрация которой по NaCl и NaOH, а в некоторых случаях и различным кислотам была очень высокой.

образование новых окисных пленок, так и разрушение (снятие) старых за счет локального деформирования металла. Наряду с питтингами разришение латуни и Ст. 3 происходит и усталостным путем с образованием микротрещин по линиям скольжения и последующего их роста.

Рекомендуем ознакомиться:

Определяем требуемую

Определяется амплитудой

Определяется действующими

Образующей начальных

Определяется движением

Определяется геометрической

Определяется характеристикой

Определяется интегралом

Определяется изменением

Определяется жесткостью

Меню:

Главная страница Термины