Опасность растрескивания

Традиционной структурой композиционных материалов является слоистая, когда траектории армирования лежат в плоскостях слоев, связь между которыми осуществляется через прослойки связующего [20, 25, 37—39]. Однако все большее внимание к себе привлекают композиционные материалы с пространственным расположением арматуры; объем работ в этом направлении непрерывно возрастает. Целесообразность пространственного расположения арматуры несомненна. Введение пространственного каркаса не только ликвидирует такой недостаток слоистых композиционных материалов как опасность расслоения вследствие слабого сопротивления сдвигу и поперечному отрыву, но и локализует в пределах нескольких пространственных ячеек распространение трещин. Этим резко повышается несущая способность материала в толстостенных конструкциях, особенно в зонах приложения сосредоточенных нагрузок, вырезов, ребер при нестационарных силовых и температурных воздействиях, характерных для современной техники.

Первоначально область использования композиционных материалов с пространственным расположением армирующих волокон ограничивалась тепловой защитой космических и летательных аппаратов [91, ПО, 123], так как именно в условиях высокоскоростного нестационарного температурного нагружения наиболее велика опасность расслоения слоистых конструкций, возникающего вследствие различных технологических макродефектов [67]. Использование пространственно-армированных композиционных материалов для изготовления таких конструкций исключает опасность расслоения, так как наличие армирующих волокон в третьем направлении препятствует распространению макротрещин, появляющихся в местах дефектов.

56. Опасность расслоения коротких металлокомпозитных стержней при осевом сжатии/Ю. М. Тарнопольский, В. В. Хитров, М. В. Шемшурин, В. М. Василевский. ~- Механика полимеров, 1978, № 1, с. 27—33.

Традиционной структурой композиционных материалов является слоистая, когда траектории армирования лежат в плоскостях слоев, связь между которыми осуществляется через прослойки связующего [20, 25, 37—39]. Однако все большее внимание к себе привлекают композиционные материалы с пространственным расположением арматуры; объем работ в этом направлении непрерывно возрастает. Целесообразность пространственного расположения арматуры несомненна. Введение пространственного каркаса не только ликвидирует такой недостаток слоистых композиционных материалов как опасность расслоения вследствие слабого сопротивления сдвигу и поперечному отрыву, но и локализует в пределах нескольких пространственных ячеек распространение трещин. Этим резко повышается несущая способность материала в толстостенных конструкциях, особенно в зонах приложения сосредоточенных нагрузок, вырезов, ребер при нестационарных силовых и температурных воздействиях, характерных для современной техники.

Первоначально область использования композиционных материалов с пространственным расположением армирующих волокон ограничивалась тепловой защитой космических и летательных аппаратов [91, ПО, 123], так как именно в условиях высокоскоростного нестационарного температурного нагружения наиболее велика опасность расслоения слоистых конструкций, возникающего вследствие различных технологических макродефектов [67]. Использование пространственно-армированных композиционных материалов для изготовления таких конструкций исключает опасность расслоения, так как наличие армирующих волокон в третьем направлении препятствует распространению макротрещин, появляющихся в местах дефектов.

56. Опасность расслоения коротких металлокомпозитных стержней при осевом сжатии/Ю. М. Тарнопольский, В. В. Хитров, М. В. Шемшурин, В. М. Василевский. ~- Механика полимеров, 1978, № 1, с. 27—33.

Способ раскисления также сильно влияет на свойства стальных листов. Кипящая листовая сталь содержит раскатанные и сваренные давлением пузыри. Лист обладает трехслойностью — наружные поверхностные слои содержат меньше углерода. Листы из кипящей углеродистой стали толщиной до 25 мм в СССР допускается применять для корпусов сосудов, работающих под давлением до 1,6 МПа и температуре до 200 °С. При большей толщине усиливается опасность расслоения при вальцовке обечаек и штамповке днищ. Британский стандарт BS 1501* допускает применение листов из углеродистой кипящей стал!;!

Наибольшая опасность расслоения двухфазной смеси возникает при скорости пара 1 — 4 м/с. Для этих скоростей пара выявлена зависимость

При развальцовке трубы со стенкой значительной толщины (более 6—7 мм) возникает опасность расслоения металла; это является одной из причин, определивших целесообразность применения труб с более тонкой стенкой из легированной стали.

При соответствующем техническом оснащении в ближайшей перспективе будут создаваться блоки до 2000— 2400 МВт на газе и мазуте, а на углях Канско-Ачин-ского бассейна — до 4600 МВт. Уровень надежности блоков должен соответствовать допустимой длительности аварийных простоев, не превышающей 18—20 сут в год, т. е. при работе с коэффициентом аварийности около 0,06—0,06, что потребует дальнейшего совершенствования конструкций. Для поддержания экономичности работы блока при уменьшении производительности в эксплуатации парогенератор должен допускать автоматическое снижение нагрузки до 30% с сохранением номинальной температуры острого пара. Следовательно, парогенератор на сверхкритических параметрах должен допускать работу на скользящем давлении, снижая его примерно до 12,0 МПа. В том случае когда агрегат переходит на докритическое давление возможно появление двухфазной среды, что значительно усложняет теплогид-равлические явления. Появляется опасность расслоения пароводяной смеси в горизонтальных трубах. Кроме того, возникает проблема равномерной раздачи потока смеси по отдельным трубам. Усиливается опасность возникновения зон ухудшенного теплообмена вплоть до кризисного состояния.

Расслоение потока пароводяной смеси возникает в горизонтальных и слабонаклонных трубах при малой скорости циркуляции. С повышением обогрева и увеличением диаметра труб возрастает опасность расслоения. Для уменьшения этой опасности необходимо обеспечить массовую скорость не менее определенного значения (см. рис. 9-10). Повышение надежности циркуляционного контура легче достигается при отсутствии горизонтальных и слабонаклонных парообразующих труб.

величины внутренних напряжений. Трещины при отжиге образуются во время нагревания, еще до того, как будут сняты внутренние напряжения. Для крупнозернистой латуни опасность растрескивания больше, чем для мелкозернистой.

КРН (критический потенциал становится положительнее потенциала коррозии), тогда как устойчивость к водородному растрескиванию падает. Следовательно, на практике важно иметь в виду, что тросы мостов, изготовленные из высокопрочной стали, должны пройти холодную обработку, чтобы уменьшить опасность растрескивания во влажном воздухе. Без такой обработки тросы разрушаются преждевременно несмотря на достаточный запас прочности, как это имело место в США и других странах. Более того, обезуглероженная с поверхности высокопрочная сталь (т. е. с более мягкой поверхностью) не разрушается в кипящей воде или в 3 % растворе NaCl, но быстро растрескивается при катодной поляризации. Назначительное количество водорода, образованного в результате реакции железа с водой, не оказывает влияния на твердые подповерхностные слои стали. Адсорбированная вода в большей степени, чем растворенный в решетке водород, является причиной растрескивания высокопрочных сталей и, возможно, высокопрочных мартенситных и дисперсионнотвердеющих нержавеющих сталей, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, а также J- и у-латуней — все они склонны к разрушению в присутствии влаги.

растворе MgCla. После часового отжига при 815 °С разрушается только сталь с 2 % Ni, при большем или меньшем содержании никеля сталь не растрескивается в течение 200 ч [50]. Эти результаты подтверждают данные, полученные ранее Бондом и Дандасом [51 ], согласно которым легирование ферритных нержавеющих сталей небольшим количеством никеля увеличивает их склонность к растрескиванию в растворах MgCl2. Эти же авторы показали, что опасность растрескивания возрастает при введении в легированный молибденом (1—3 %) сплав более 0,4 % Си. Присутствие в сплаве малых количеств молибдена усиливает неблагоприятное действие добавок никеля. Влияние никеля отчасти объясняется его способностью сдвигать потенциал сплава. Так, при содержании 1,5% Ni и более потенциал холоднокатаной стали становится положительнее критического значения и, как следствие, наблюдается растрескивание стали. Для сплавов с более низким содержанием никеля характерны потенциалы ниже критического [50].

Во многих случаях конструктивные размеры определяются требованиями прочности. В случаях, когда существует риск коррозионного растрескивания под напряжением (см. 4.11), необходимо убедиться, что растягивающие напряжения не превосходят верхнего предела, который с точки зрения коррозионного растрескивания допустим для данного сплава. При переменной нагрузке необходимо убедиться, что не превышен предел усталости. Иначе может произойти усталостное или коррозионно-усталостное повреждение (см. ри. 4.11). Опасность растрескивания от коррозии под напряжением, усталости или коррозионной усталости особенно велика там, где имеются концентраторы механических напряжений, например надрезы и маленькие отверстия, а также места резкого изменения формы. Эти неоднородности должны быть учтены путем введения коэффициента формы при силовом расчете размеров конструкции. В случае сварных конструкций необходимо также принимать во внимание, что прочность материала, а также его сопротивление коррозионному растрескиванию под напряжением, усталости и коррозионной усталости в месте шва или около него бывает часто пониженным.

Коррозионное растрескивание под напряжением медных материалов вызывается растягивающими напряжениями - обычно остаточными напряжениями после холодной обработки - в сочетании с действием коррозионной среды, которая содержит аммиак и влагу, ртуть или родственные им вещества. Примерами таких сред являются паяльные флюсы, содержащие аммоний; моча, атмосфера животноводческих помещений и даже открытые атмосферы (рис. 120). Поскольку опасность растрескивания наиболее велика в сезоны высокой влажности, явление иногда называют "сезонным растрескиванием". Способностью вызывать коррозию медных сплавов под напряжением обладают и другие вещества, например нитриты. Трещины могут быть транскристаллитными или межкристаллитными в зависимости от рН среды и от величины напряжения.

Опасность растрескивания тем больше, чем больше величина растягивающих напряжений в поверхностных слоях сплава. Поэтому следует избегать таких операций, как безоправочное волочение труб, свертка колпачков, сборка латунных деталей с «натягом». При одинаковой величине напряжений склонность к коррозионному растрескиванию меньше у латуней, наи-

изложницах назначается не свыше 0,8% —для облегчения образования феррита. В мелких изложницах рекомендуется присадка хрома и никеля или повышенное содержание марганца для повышения стойкости перлита (следовательно,, ростоупорности и сопротивления разгару). Во избежание скоплений хрупкой фос-фидной эвтектики, снижающей тепловую стойкость и повышающей опасность растрескивания, содержание фосфора в составе не должно превышать 0,15%, содержание серы должно быть ниже 0,1%, так как она ухудшает литейные свойства, особенно при низком содержании фосфора [15].

Чем меньше теплопроводность материала, тем больше разница между температурой в центре песчаного зерна и температурой на его поверхности, тем, следовательно, больше опасность растрескивания зёрен и обогащения смеси пылью.

внутренние напряжения, что предотвращает опасность растрескивания основного металла в контакте с расплавленным припоем. Медь хорошо смачивает коррозионно-стойкую сталь в среде аргона с трехфтор истым бором (ВР'з). Для улучшения растекания по стали при пайке в среде аргона медь легируют различными поверхностно-активными добавками: литием (0,15— 0,3 %); оловом (до 5 %); марганцем, кремнием, титаном и др.

Иначе при охлаждении наплавленного покрытия возникают значительные растягивающие напряжения и существует опасность растрескивания покрытия.

Часто преимущественному разрушению подвергаются границы зерен металла, связь между зернами ослабевает, что резко ухудшает механические свойства металла и может привести к растрескиванию аппарата. Этот вид коррозии называется межкристаллитной (МКК). Опасность растрескивания особенно велика, если аппарат находится под действием динамических и механических нагрузок. В некоторых случаях воздействие среды приводит к глубоким изменениям состава и свойств материала. Например, наводороживание, обезуглероживание, азотирование — эти явления наиболее часто наблюдаются при газовой коррозии.

Простейший тип коррозии — равномерное поверхностное растворение, уменьшающее толщину материала, но не влияющее на его физико-химические и механические свойства. Однако картина коррозионного разрушения далеко не всегда так проста. Как правило, коррозия на разных участках поверхности оказывается более или менее неравномерной. В случае так называемой точечной коррозии степень неравномерности огромна: на фоне почти неповрежденной поверхности с большой скоростью развиваются глубокие точечные поражения, быстро приводящие к перфорации стенок и выходу аппаратов из строя. Иногда коррозия металлов носит «ножевой» характер: вдоль сварных швов образуются узкие глубокие канавки. Весьма часто преимущественному разрушению подвергаются границы зерен металла: связь между зернами ослабевает, что резко ухудшает механические свойства металла и может привести к растрескиванию аппарата. Опасность растрескивания особенно велика, если материал находится в напряженном состоянии. Коррозионному растрескиванию под напряжением подвержены многие металлические материалы в специфических средах. Оно может быть транс- и меж-кристаллитным и смешанным. Динамические нагрузки могут породить и другие виды разрушения: коррозионно-усталостное или кавитационное.