Поскольку разрушение

Работы Гейджера с Бисаро и Стюбером [56, 57] посвящены рассмотрению вопросов создания разрушающих давлений метана в углеродистой и легированной ниобием сталях. Значения фугитивности метана для ряда температур и давлений рассчитаны на основании взаимодействия водорода с цементитом стали. В работах [56, 52-54, 57] при анализе взаимодействия водорода с цементитом было сделано допущение: поскольку растворимость углерода в феррите мала, практически активность железа равна единице. Винер [55],, а также Бисаро и Гейджер [ 57] вводят понятие критического давления метана, которое еще не вызывает растрескивания стали. Однако в ряде случаев авторы [55, 57] не учитывают реальных условий работы конструкций в напряженном состоянии.

Коррозионные процессы, протекающие за счет сопряженной реакции восстановления кислорода, встречаются достаточно часто. Это коррозия черных металлов в морской и речной воде и влажном воздухе, а также коррозия большинства цветных металлов в нейтральных электролитах и атмосфере. Поскольку растворимость кислорода в электролитах ничтожно мала, возможно появление концентрационной поляризации. Большинство коррозионных процессов с кислородной деполяризацией протекает в условиях, когда диффузия кислорода к катоду определяет скорость катодной реакции, а также скорость коррозии. Если доступ кислорода к катоду неограничен, например, при усиленном размешивании электролита, эффективность работы катода будет определяться скоростью протекания самой электрохимической реакции восстановления кислорода.

Изменение концентрации продуктов анодной реакции в растворе может косвенно оказывать влияние на пассивирование электрода. Поскольку растворимость солей ограниченна, чрезмерное накопление ионов металла в приэлек-тродном слое приводит к выделению солей на электроде, экранированию части поверхности и резкому усилению тока на свободной части поверхности, что облегчает пассивирование. Пассивность такого вида называется солевой. Если допустить, что на электроде в пассивном состоянии продолжают параллельно протекать две электрохимические реакции — анодное растворение металла через оксидную пленку и электрохимическое окисление электрода кислородом, то независимость или слабую зависимость скорости анодного процесса от потенциала можно объяснить следующим образом.

Пар барабанных котлов вследствие пусть даже ничтожного уноса котловой воды должен содержать соли натрия и в гораздо меньших количествах соли щелочноземельных металлов, т. е. кальция и магния. Кремнекислота может в больших концентрациях содержаться в паре прямоточных котлов, так как даже при глубоком обессоливании питательной воды, через ионитные фильтры могут проходить, не поглощаясь, тонкодисперсные частички различных алюмосиликатов (глинистые частички, мельчайшие песчинки и т. д.). Эти кремнийсодержащие примеси в системе котла подвергаются разложению под действием пара высоких параметров, причем кремнекислота выделяется в свободном виде. Поскольку растворимость SiO2 в паре высокого давле-

Циклонные сепараторы. Насыщенный пар поступает в барабан совместно с большим количеством циркулирующей в экранах воды. Очистка этого' пара производится отделением воды, а затем промывкой от содержащихся в нем растворенных веществ, количество которых велико, поскольку растворимость в паре большинства примесей значительно возрастает с увеличением его давления и плотности.

Поскольку растворимость в жидкостях кислорода выше, чем растворимость атмосферного воздуха, растворенный в жидкостях воздух содержит больше кислоррда, чем атмосферный, что представляет интерес с точки зрения интенсивности окисления жидкости (см. стр. 33) и разрушительного действия кавитации (см. стр. 45). Наблюдения показали, что растворенный в минеральных маслах воздух содержит кислорода на 40—50% больше, чем атмосферный воздух.

повышение твердости свинца, но, поскольку растворимость индия в свинце

ся в растворе, поскольку растворимость K2NbOF5-H2O в воде составляет

иттрии, поскольку растворимость его в расплавленном уране невелика

Поскольку растворимость Fe(OH)2 велика и он значитель-

имеют весьма существенный недостаток, ограничивающий их применение в промышленности, - низкотемпературную хрупкость, особенно в рекристаллизованном состоянии. Повышенная хрупкость обусловлена наличием в металле примесей внедрения (азот, углерод, кислород, водород и др.). Дисперсное упрочнение способствует повышению жаропрочности, длительной прочности и снижению температуры вязко-хрупкого перехода хрома за счет рафинирующего действия на матрицу дисперсных частиц и более полной релаксации напряжений под нагрузкой. Эффективными упрочнителями являются тугоплавкие оксиды, поскольку растворимость кислорода в хроме очень мала. Преимущественно используют оксиды магния и тория. Оксид магния взаимодействует с оксидом хрома с образованием шпинели MgCr2C>4, активно поглощает азот, удаляя эти примеси из хромовой матрицы. Кроме того, для упрочнения хрома используют оксиды ZrO2, HfO2, La3O2, а также нитриды, карбиды, бориды титана, циркония, тантала и других тугоплавких металлов. При введении оксидов в хром достигается не столько повышение жаропрочности, сколько снижение порога хладноломкости. При легировании хрома активными нитридо-, карбидо и борообразователями (Ti, Та, Nb, Zr и др.) происходит выделение дисперсных частиц тугоплавких соединений. При этом существенно снижается сегрегация примесей внедрения на границах зерен.

чается Kic, поскольку разрушение осуществляется здесь по первому виду деформаций — путем отрыва (рис. 2.1), а диаграмма деформации в координатах «сила Р — смещение У» практически треугольной формы (рис. 17.2, диаграмма 1). При этом расчет К1с ведется по максимальной силе Рс, и его значение уже значительно ближе к получаемому из чисто упругой задачи, поскольку пластически деформи-

Хрупкое разрушение совершается сколом (рис. 5.1, а) при напряжениях ниже экстраполированного хода температурной зависимости предела текучести. В данной области наблюдается значительный разброс значений разрушающего напряжения. Разброс определяется состоянием металла (литой, рекристаллизованный, деформированный) и качеством подготовки поверхности образца, поскольку разрушение в этой области обусловлено наличием, с одной стороны, внутренних и поверхностных дефектов образца, концентрирующих напряжения, с другой — высоким уровнем сопротивления движению дислокаций, что практически исключает возможность релаксации этих напряжений. Действительно, как показывает оценка с использованием уравнения Гриффитса (5.2), дефект размером порядка 1 мкм должен вызвать разрушение молибдена при напряжениях, не превышающих предел текучести. В случае более крупных дефектов, которые всегда существуют в технических сплавах, особенно литых, разрушение при отсутствии релаксации напряжений может происходить и при более низких напряжениях.

После качественной диффузионной сварки поверхность раздела в композитах А1—В, понвидимому, не лимитирует поперечной прочности, поскольку разрушение либо локализовано в матрице, либо происходит путем расщепления волокон. Если композит, волокна которого не склонны к расщеплению, подвергнут термической обработке по определенным режимам, то его поперечная прочность существенно превышает нижнее предельное значение.

Хрупкость материала приводит к вариации или разбросу проч-ностей по элементам объема или по образцам из такого материала вследствие случайных локальных возмущений напряжений и случайного распределения неоднородностей в материале. Следствием статистической природы хрупкой прочности является существенное влияние степени соединения или дисперсии хрупких составляющих на прочность композитного сплава. Простой пример подтверждает эту точку зрения. Рассмотрим, как показано на рис. 25, прочность ряда, состоящего из 10 кубиков хрупкого материала, нагруженных параллельно. Прочности кубиков изменяются от 1 до 10 фунт с приращением по 1 фунт слева направо. Если кубики прочно соединены друг с другом, т.е. разрушение развивается свободно от кубика к кубику (рис. 25, а), то разрушающая нагрузка всей системы составляет 10 фунт, поскольку разрушение системы произойдет после разрушения самого слабого кубика. Однако если кубики разделены друг от друга очень тонкими сопротивляющимися трещине полосками (рис. 25, б), то они будут разрушаться один за другим независимо до тех пор, пока нагрузка

Ясно также, что результат должен зависеть от числа элементов в пучке, поскольку разрушение одного элемента в числе немногих вызвало бы большее увеличение среднего напряжения в оставшихся, чем при наличии в пучке большого числа элементов. В случае несвязанного пучка взаимодействие между элементами минимальное. Если бы элементы были склеены или погружены в растяжимую матрицу, интуитивно кажется очевидным, что при разрушении слабейшего элемента нагрузка передавалась бы на соседние элементы более эффективным образом и при этом повысилась бы прочность композита. Как мы увидим позднее, это не всегда справедливо. В некоторых случаях сильное механическое взаимодействие фактически будет понижать прочность композита по сравнению со слабым взаимодействием.

Не существует систематического исследования статистики несоосности элементов в слоистых композитах и влияния технологических процессов производства на такую несоосность. Поскольку разрушение при сжатии зарождается в малой области и распространяется через слоистый композит при полном разрушении, прочность при сжатии также может подчиняться законам статистики экстремальных значений, как и прочность при растяжении. Однако это следовало бы установить экспериментальным путем. Кроме того, поскольку прочность определяется дефектами, образовавшимися в процессе производства, перед тем как приме-

Фреттинг-усталость. В большинстве случаев явление фрет-тинг-усталости аналогично явлению усталости образцов с надрезом, поскольку разрушение при фреттинге сходно по характеру с разрушением от механического надреза, так как фреттинг способствует образованию соответствующих поверхностных трещин за счет действия сильных срезывающих напряжений. Многие из этих трещин достигают длины 100 мкм. Очень небольшое физическое разрушение поверхности может вызвать значительное снижение усталостной прочности некоторых материалов.

X (TCT+TB) , где тст—«статическое» (не связанное со скоростью) сопротивление сдвигу, тв = Цтеи — вязкая составляющая сопротивления, обусловленная скоростью пластического сдвига еп при коэффициенте лт. При достижении растягивающим напряжением максимальной величины и начале откольного разрушения линейный рост разгрузки нарушается, что связано не только с повреждением материала, но и тем, что в дальнейшем прекращается влияние изменения напряжений, связанное с волной разгрузки справа (см. рис. 107), поскольку разрушение зарождается при состоянии, соответствующем последней характеристике этой волны разгрузки [12], которая разграничивает области изменения нагрузки. Выше последней С_-характеристики состояние материала при отсутствии волны разгрузки слева определяется статической кривой сжатия. Влияние скорости связано с волной разгрузки слева и учитывается автоматически, поскольку возникающий в плоскости откола уровень растягивающих напряжений, который зависит от эффектов вязкости, влияет на положение точки К, находящейся на пересечении лучей из точек 1 и 2, определенных экспериментально.

Разрушение обычно определяется либо по разрушению по излому образца, либо визуально при некотором минимальном увеличении по появлению первой трещины. Часто бывает необходимо провести металлографическое исследование образцов для того, чтобы проверить правильность сделанных выводов по полученным результатам, поскольку разрушение от питтинговой или общей коррозии может произойти быстрее, чем от КР. К тому же, поскольку на некоторых образцах обычными методами трещины могут быть не обнаружены, такие признаки КР, как острые надрезы, межкристаллитный характер распространения коррозионной трещины, могут быть зафиксированы во время металлографического анализа.

Натуральные и искусственные волокна химически инертны по отношению к морской воде. Морские организмы обычно разрушают волокна из природных полимеров за 1—6 мес, хотя некоторые природные полимеры при идеальных условиях могут сохраняться до 4 лет. Синтетические полимеры, как правило, вообще не подвержены биологическому разрушению. Поскольку разрушение волокон связано только с биологической деятельностью, то оно сильно зависит от географического положения, глубины и периодических изменений локальной биологической среды.

Данные по сравнительной эрозионной стойкости вольфрама, молибдена, нескольких видов титановых сплавов и других материалов, получающих распространение в последнее время, приведены в [Л. 62]. Опыты были проведены на неподвижных образцах, помещенных в сосуд с кольцевым возбудителем колебаний (рис. 22). Результаты испытаний представлены в табл. 5, из рассмотрения которой следует, что из числа исследованных материалов наибольшей эрозионной стойкостью обладают титановый сплав марки 150-А и вольфр'ам. Исследование образцов, подвергнутых испытанию, показывает, что материалы с пределом прочности порядка 35-~кГ/жж2 (никель, латунь, чистый титан) получают пластическую деформацию почти сразу же после начала испытаний. Следовательно, напряжения, возникающие в поверхностном слое материала образца при кавитации, должны быть не менее этой величины. С другой стороны, поскольку разрушение таких материалов, как вольфрам и титановый сплав марки 150-А с пределом прочности 100 кГ/мм2 и выше", идет очень медленно, ка-витационные напряжения в поверхностном слое, погви-димому, ниже этой величины, . !