Пластически деформированного

а) схема квазихрупкого разрушения Орована-Ирвина. Объем пластически деформированной зоны у поверхности трещины настолько мал, что его наличие не влияет на соотношение между 5А и 8W.

Некоторые котлы оборудуются индикатором хрупкости, с помощью которого можно непрерывно контролировать качество химической обработки воды, выявляя потенциальную способность воды вызывать коррозионное растрескивание под напряжением (рис. 17.3) [21, 22]. Для этого испытывается образец из пластически деформированной котельной стали. Образец находится в напряженном состоянии, которое создается отжимным винтом. Положением винта регулируется слабый ток горячей котловой воды к участку образца, который испытывает наибольшее растягивающее напряжение. На этом же участке вода испаряется. Считается, что котловая вода не вызывает хрупкости стали, если образцы не подвергаются растрескиванию в течение 30-, 60-и 90-дневных испытаний. Проведение таких испытаний является достаточной мерой предосторожности, так как у пластически деформированного образца склонность к растрескиванию более выражена, чем у какого-либо участка котла. Благодаря этому можно при необходимости откорректировать режим подготовки воды, не допуская разрушения котла.

Не нарушая напряженного и деформированного состояния упругой части тела, мысленно проведем разрез вдоль пластически деформированной области перед кромкой трещпны (первое состояние). Тогда останется упругое тело с разрезом, поверхность которого включает в себя поверхность трещины S и поверхность границы пластической зоны и, на которой распределено постоянное напряжение а„. При этом [346]

При ТМО происходит также измельчение блоков [97, 100, 105]. По данным Г. В. Курдюмова [19], блоки когерентного рассеяния (упруго деформированные блоки, в той или иной степени разориентированные) в пластически деформированной стали примерно на два порядка меньше субзерен, образующихся в результате обычной полигонизации. Обнаружена также и анизотропия получаемой в результате НТМО субструктуры: блоки когерентного рассеяния мартенсита приобретают форму тонких пластинок, расположенных параллельно плоскости прокатки листа [111].

Из изложенного следует, что в определенной части пластически деформированной зоны у вершины концентратора при пульсирующем нагружении (Я = 0) может возникать знакопеременный цикл деформации материала. На рис. 60 показана кривая усталости круглых надрезанных образцов сплавов ВТ5-1, ПТ-ЗВ и ОТ4-ОУ с радиусом надреза г = 0,1 мм (dID = 0,707). Видно, что усталостная прочность надрезанных образцов может существенно повышаться по сравнению с прочностью гладких. Такое повышение присуще только определенной начальной области долговечности Л/кр, находящейся при принятой геометрии надреза в

Рассмотренные принципы синергетики и основные простейшие подходы описания эволюции открытых систем полностью применимы к металлическим материалам, испытывающим различные эксплуатационные воздействия. Наличие в материале основного аккумулятора энергии в виде пластически деформированной зоны предразрушения до зарождения трещины и в вершине трещины при ее распространении обеспечивает устойчивое поведение материала вплоть до начала нестабильности. Сохранение устойчивого поведения материала при внешнем воздействии на стадии распространения трещины в течение значительного периода эксплуатации конструкции служит основной причиной тщательного анализа роли внешних условий воздействия, влияющих на устойчивость системы, что может вызвать процесс быстрого окончательного разрушения. На базе синергети-ческого анализа появляется возможность управлять процессом эволюции состояния металла или элемента конструкции в условиях многопараметрического эксплуатационного воздействия и поддерживать устойчивость его поведения с развивающейся трещиной (поведения системы), по крайней мере, в период между двумя соседними эксплуатационными проверками с помощью методов неразрушающего контроля.

Выявленная последовательность сигналов АЭ в цикле нагружения, а также учет эффекта ротационной пластической деформации приводят к рассмотрению формирования усталостных бороздок не в полуцикле восходящей ветви нагрузки, а в полуцикле нисходящей ветви нагрузки. Накопленная энергия упругой деформации в большей части объема материала при максимальном раскрытии берегов трещины стремится закрыть трещину после перехода к полуциклу снижения нагрузки. Этому препятствует зона пластической деформации, размеры которой существенно возрастают в полуцикле растяжения (восходящая ветвь нагружения). Действие сжимающих сил при разгрузке образца стремится нарушить устойчивость слоя материала перед вершиной трещины в районе зоны пластической деформации, и это приводит к возникновению дислокационной трещины (см. рис. 3.26), а далее и к созданию свободной поверхности. Происходит "отслаивание" пластически деформированной зоны с наиболее интенсивным наклепом материала от остальной части зоны. При этом в случае существенного возрастания объема зоны в связи с возрастанием скорости роста усталостной трещины "отслаивание" характеризуется разрушением материала не по одной, а по нескольким дислокационным трещинам, что характеризуется формированием более мелких бороздок на фоне крупной усталостной бороздки.

усилий по всей длине пластически деформированной зоны в вершине распространившейся в эксплуатации трещины после того, как проведено их стягивание. Необходимо подчеркнуть, что усилия стягивания следует оценивать предварительно, поскольку в зоне контакта подкладного элемента с поверхностью конструктивного элемента возникает контактное повреждение. При существенной интенсивности контакта эта поверхность может послужить источником последующего распространения трещины.

Деформационные критерии: а) изменение прогиба в процессе испытания; б) изменение диаграммы циклического деформирования; в) изменение микротвердости; г) размер пластически деформированной зоны у вершины усталостной трещины; д) снижение ударной вязкости; е) изменение газовой плотности и др.

С ростом напряжений уменьшается долговечность от начала испытаний до окончательного разрушения и изменяется соотношение между периодами >NT и Nx. Чем выше напряжение, тем на более ранней стадии возникает трещина, но и тем больше относительная живучесть, выраженная в процентах от общей долговечности [18]. У вершины трещины, сформировавшейся при высоких напряжениях, будет больше объем пластически деформированной зоны, а сама трещина более притуплена. При увеличении уровня напряжений наблюдается снижение эффективного коэффициента концентрации напряжений Ка • Трещина, выращенная при повышенных напряжениях, может вообще прекратить свое развитие при снижении напряжений, хотя трещины, возникшие при этих напряжениях, развиваются и приводят к разрушению.

Адаме [1] и Райт [55] изучали влияние пластического течения матрицы на поведение композита при поперечном нагруже-нии. На рис. 10 величина напряжений на поверхности раздела соответствует случаю, когда приложенная к композиту нагрузка в 2,9 раза превышает нагрузку, при которой начинается пластическое течение в матрице (для алюминиевой матрицы в состоянии деформационного упрочнения напряжение начала пластического течения составляет 380 кГ/ом2). В таких условиях пластическое течение охватывает почти весь объем матрицы, и область поверхности раздела в интервале углов 0—80° оказывается в определенной мере пластически деформированной. Несмотря на это, рас-

родеформаций кристаллической решетки сплава. Также видно, что это повышение начинается вслед за существенным снижением накопленных микродеформаций кристаллической решетки (при 2 х 104 циклах) до уровня, примерно равного приобретенному на первых циклах нагружения в области циклической ползучести (примерно 5 х 102 циклов). Снижение уровня накопленных микродеформаций кристаллической решетки, очевидно, связано с выделением части запасенной упругой энергии искажений кристаллов металла при аннигиляции взаимодействующих дислокаций или их перестройке в конфигурации с низкой энергией (возврат). При локальной перестройке дислокаций за счет их переползания путем поперечного скольжения высвобождается значительная энергия. Это может произойти только при достаточной механической активации металла на предыдущем упрочняющем цикле. Такой процесс может быть сравнен с процессом рекристаллизации, когда за счет термической активации пластически деформированного металла путем нагрева выше некоторой критической температуры образуются новые, относительно свободные от дислокаций зерна. Таким образом, в процессе усталости проявляется не только повреждающий эффект, связанный с накоплением микродеформаций кристаллической решетки и упрочнением металла, но и обратный разупрочняющий эффект, сопровождающийся выделением накопленной упругой энергии и переходом системы в термодинамически более устойчивое состояние.

Кристаллическая структура пластически деформированного металла характеризуется не только искажением кристаллической решетки, но и определенной ориентировкой зерен, текстурой.

Рассматривая диаграмму растяжения металла легко убедиться, что холодная пластическая деформация снижает относительное удлинение примерно на величину предварительного удлинения. Однако, в связи со склонностью предварительно пластически деформированного металла к явлению деформационного старения, указанное снижение пластически может быть более ощутимым. Как известно, запас пластичности металла в основном определяет ресурс конструкции, в особенности, при наличии концентраторов напряжений, цикличности нагружения и коррозионных сред.

пространить на материалы любой пластичности, но при этом возникают трудности установления функциональной связи величины 8 с параметрами моделей с трещинами, ограничивающей его практическое использование в расчетах; прочности. Состояние тела под нагрузкой описывается полем напряжений и деформаций, поэтому целесообразно проводить анализ неустойчивости квазихрупких моделей с трещинами на базе энергетических критериев, которые оперируют комбинациями компонент тензора напряжений и деформаций. Рассмотрим простейшую модель, которая поясняет сущность энергетических подходов к оценке прочности конструкций с трещинами. Пусть в кончике трещины реализуется тонкий слой пластически деформированного металла толщиной 2Д, эквивалентной толщине реальной пластической зоны. Если толщина этого слоя и деформация БПЛ В нем постоянны, то работа на единицу поверхности:

в) размеры пластической зоны соизмеримы с размерами тела, и трещина распространяется внутри пластически деформированного объема.

становке схематически заменена дополнительным разрезом, по берегам которого приложены усилия, заменяющие собой действие пластически деформированного материала (см. рис.3.37,6).

При резке па ножницах металл у кромки реза подвергается значительной пластической деформации. Нел и эта кромка в дальнейшем попадает в зону сварки и полностью переплавляется, то дополнительной обработки не требуется. Коли же эта кромка остается свободной, а конструкция работает при переменных нагрузках,то слой пластически деформированного металла целесообразно удалить последующей механической обработкой.

Некоторые котлы оборудуются индикатором хрупкости, с помощью которого можно непрерывно контролировать качество химической обработки воды, выявляя потенциальную способность воды вызывать коррозионное растрескивание под напряжением (рис. 17.3) [21, 22]. Для этого испытывается образец из пластически деформированной котельной стали. Образец находится в напряженном состоянии, которое создается отжимным винтом. Положением винта регулируется слабый ток горячей котловой воды к участку образца, который испытывает наибольшее растягивающее напряжение. На этом же участке вода испаряется. Считается, что котловая вода не вызывает хрупкости стали, если образцы не подвергаются растрескиванию в течение 30-, 60-и 90-дневных испытаний. Проведение таких испытаний является достаточной мерой предосторожности, так как у пластически деформированного образца склонность к растрескиванию более выражена, чем у какого-либо участка котла. Благодаря этому можно при необходимости откорректировать режим подготовки воды, не допуская разрушения котла.

тельно пластически деформированного материала к механохимической повреждаемости. Для выполнения ориентировочных расчетов можно принимать Кст = 5-6 - для углеродистых сталей, Кст = 6-7 - для низколегированных сталей.

Кишшллои С. В., Соколова О. А., Кащенко М. П. ФРАКТАЛЬНАЯ РАЗМЕРНОСТЬ ПРОФИЛЯ ПОВЕРХНОСТИ РЕЛЬЕФА ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРОВАННОГО ОБРАЗЦА В ПРОСТЕЙШЕЙ КРИСТОННОЙ МОДЕЛИ.........................................2^2

этой зоны порядка упругих смещений (рис. 4.1, о). Трещины с тонкой пластической зоной перед кромкой рассматриваются для удобства дальнейшего анализа'), при котором проблема сводится к решению упругой задачи вместо упругопластической. Это сведение основано па том, что тонкая пластическая зона может быть в линеаризованной постановке схематически заменена дополнительным разрезом, по берегам которого приложены усилия, заменяющие собой действие пластически деформированного материала (рис. 4.1, б).