Пластичных металлических

Коррозионное растрескивание, как и другие виды КМР, представляет собой особо опасный вид разрушения конструкционных материалов, находящихся под одновременным воздействием коррозионной среды и растягивающих механических напряжений, зачастую существенно более низких, чем предел текучести конструкционного материала. Воздействие коррозионной среды в случае КР сводится к следующему. В обычный баланс энергий, имеющий место при чисто механическом разрушении (нет взаимодействия металла с внешней средой), вносится поправка на выделение энер-пп1 в процессе электрохимической реакции. Это находит отражение в работе пластической деформации конструкционных материалов. Например, в ряде случаев для пластичных материалов, таких как трубные стали, она может уменьшиться за счет охруп-ш'вающего влияния среды, увеличения их предела текучести, ускоренного упрочнения металла в вершине трещины. При этом зажпую роль играет специфика коррозионной среды. Если среда кислая, то происходит наводороживание металла непосредственно перед вершиной трещины, что облегчает его разрушение. Нейтральные среды могут оказывать пластифицирующее действие и связанное с ним ускоренное упрочнение с исчерпанием пластичности металла в вершине трещины. Другие с^еды, даже, казалось бы, самые безобидные, в определенных условиях могут вызвать растрескивание (КР, щелочная хрупкость и др.). Таким образом, в присутствии коррозионной среды сопротивление растрескиванию всегда будет падать. Интенсивность же падения, очевидно, является функцией активности коррозионной среды, химического состава сплава и величины его электродного потенциала.

.
"ипотеза наиб. касательных напряжений (Кулон, 1773 г.) Т max (Т — СТ 1 3 Для пластичных материалов у ко-

- для пластичных материалов

- для балок прямоугольного сечения из пластичных материалов

В случае сложного напряженного состояния в качестве расчетного принимается некоторое приведенное (эквивалентное) напряжение, полученное на основании одной из теорий прочности, наиболее приемлемой для рассматриваемого напряженного состояния и материала. Например, при совместном действии изгиба и кручения для пластичных материалов

При статических нагрузках предельным напряжением для пластичных материалов является предел текучести от(гт), для хрупких — предел прочности оь(ть) (рис. 1.1 и табл. 1.1, 1.2). Таким образом, с учетом масштабного фактора 8 (см. рис. 1.5) и эффективного коэффициента концентрации напряжений при статических нагрузках /С,

для пластичных материалов

Можно . приближенно принять: для пластичных материалов <7s=0; для хрупких материалов со значительной внутренней неодно-

для пластичных материалов

Коэффициент безопасности по пределу текучести для пластичных материалов (сталей) при достаточно точных расчетах выбирают 1,2. ..1,5 и выше. Коэффициент безопасности при контактных на-гружениях можно принять 1,1. ..1,2. Коэффициент безопасности по пределу выносливости — 1,3. ..2,5. Например, при недостаточно полном объеме экспериментальных данных о нагрузках и характеристиках материала или ограниченном числе натурных испытаний [s]=l,5...2; при малом объеме или отсутствии экспериментальных испытаний и пониженной однородности материала (литые и сварные детали) [s]=2...3.

тывает диапазон напряжений от ств до ак (ломаная линия АБВ). В области малоцикловой усталости можно выделить два характерных участка. На участке I, который иногда называют участком циклической ползучести, разрушение пластичных металлических материалов носит квазистатический характер с образованием шейки в месте излома. Для этого участка характерно непрерывно возрастающее с числом циклов нагружения накопление пластической деформации. При этом петля механического гистерезиса вплоть до разрушения образцов всегда остается открытой. На участке II на поверхности разрушения уже отчетливо можно выделить зону усталостного излома. На этом участке циклического деформирования петля механического гистерезиса становится замкнутой. Напряжение перехода от одного вида разрушения к другому при малоцикловой усталости обозначено как an. Переход от циклической ползучести к собственно малоцикловой усталости сопровождается изменением механизма макропластического деформирования материала.

делить весь процесс накопления деформации и разрушения на два основных периода - период зарождения и период распространения трещин. При статическом растяжении, по-видимому, можно пластическую деформацию и повреждения, накопленные до начала образования шейки, классифицировать как период зарождения трещин, а шейкообразованис с последующим разрушением как период распространения трещин (заштрихованная область на рис. 6). При шейкообразовании у пластичных металлических материалов также можно выделить ряд стадий: образования пор, объединения пор и разрушения сдвигом.

Циклическое упрочнение обычно наблюдается у пластичных металлических материалов, а циклическое разупрочнение - у высокопрочных или предварительно деформированных материалов. У металлов и сплавов, имеющих физический предел текучести, вначале наблюдается циклическое разупрочнение, связанное с негомогенностью пластической деформации на площадке текучести (при циклических нагрузках ниже предела текучести), а затем упрочнение.

На стадии циклического деформационного упрочнения происходит интенсивное повышение плотности дислокаций в пластичных металлических материалах (рис. 18). При этом наблюдается большое разнообразие формирующихся дислокационных структур в зависимости от типа кристаллической решетки и структурного состояния металлических материалов. Однако если просто изучать все многообразие дислокационных структур, то очень трудно иыявить общие закономерности накопления повреждений в процессе усталости. Важно рассмотреть эволюцию дислокационных структур при характерных (пороговых) условиях пластической деформации и разрушения. В этом смысле весьма перспективно привлечь к анализу представления синергетики (области научных исследований, целью которых является выявление общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной природы). Подходы синергетики позволяют описывать сложное поведение открытых систем (а образец или конструкция, которые испытываются на усталость, являются открытыми системами), не вступая в противоречие со вторым законом термодинамики. Синергетика оперирует диссипативными структурами, образующимися в неравновесных условиях в результате обмена энергией (или энергией и веществом) с окружающей средой при подводе внешней энергии к материалу.

В настоящее время предлагается следующая классификация дислокационных структур, возникающих при циклических деформациях: структуры равновесия (например, низкоэнергетические дислокационные структуры) и сильно неравновесные самоорганизующиеся дислокационные структуры. Низкоэнергетические дислокационные структуры являются частным случаем самоорганизующихся дислокационных структур. В свою очередь, самоорганизующиеся дислокационные структуры предложено разбить на две категории: самоорганизующиеся дислокационные структуры, связанные с единичным скольжением (устойчивые полосы скольжения, дислокационная сетка у границ зерен, венная структура), и самоорганизующиеся дислокационные структуры, связанные с множественным скольжением (лабиринтная и ячеистая структуры). На рис.19 представлены примеры дислокационных структур, формирующихся на начальных стадиях усталости в пластичных металлических материалах (рис. 19, а, б), а также ячеистой и полосовой дислокационных структур (рис. 19, в, г) с критической плотностью дислокаций границ

На 2-ой стадии распространения усталостной трещины у пластичных металлических материалов часто наблюдается бороздчатый рельеф на поверхности разрушения (рис. 37 и 38). Однако у тугоплавких ОЦК - металлов эта стадия роста трещин может быть связана с смешанным характером разрушения. На рис. 39 видно, что в сплаве хрома усталостная трещина на 2-й стадии распространяется в основном межзеренно с отдельными участками вязкого разрушения.

где G — модуль сдвига; л — коэффициент Пуассона; Ъ — расстояние между атомами в направлении сдвига; d — расстояние между соседними плоскостями скольжения. Полагая Ь = d и Л ж 0,3, получаем т к 3 • 10~4 G. Это по порядку .величины совпадает с экспериментальными опытными значениями тк для пластичных металлических кристаллов.

В процессе испытания диаграммный механизм непрерывно регистрирует так называемую первичную (машинную) диаграмму растяжения в координатах нагрузка (Р)—абсолютное удлинение образца (А/) (рис. 2.8). На диаграмме растяжения пластичных металлических материалов можно выделить три характерных участка: участок ОА — прямолинейный, соответствующий упругой деформации; участок АВ — криволинейный, соответствующий уп-ругопластической деформации при возрастании нагрузки; участок ВС — также криволинейный, соответствующий упругопластической деформации при снижении нагрузки. В точке С происходит окончательное разрушение

Как известно, имеются две принципиально различные возможности достижения высокой прочности: одна, традиционная,— улучшение различными способами прочности пластичных металлических сплавов; другая, получившая развитие в последнее время,— создание композиционных материалов на металлической или неметаллической основе, армированной волокнами (дискретными — нитевидными кристаллами или непрерывными) часто не пластичных и неметаллических соединений.

3) использование не только пластичных металлических сплавов, но и хрупких соединений.

Значение т можно установить экспериментально на базе аппроксимации диаграммы деформирования уравнением (3.1.8), Однако, если диаграмма деформирования отсутствует, то величину т определяют [4] через упомянутые выше стандартные характеристики механических свойств. Для пластичных металлических матери-