Понижении прочности

ВТ6) в виде листов толщиной 4 мм и кованых прутков диаметром 12—18 мм, авторы работы [133] пришли к выводу, что листовой материал, имеющий более измельченную структуру, имеет более высокий предел выносливости, хотя и показывает больший разброс данных. Этот разброс можно объяснить травлением листов, которое ухудшает усталостную прочность. Понижение усталостной прочности при огрублении макроструктуры наблюдали на сплаве АТЗ [134]. Авторы работы [ 135] сопоставляли две характерные структуры теплопрочных сплавов ВТЗ-1 и ВТ18: мелкозернистую глобулярную и пластинчатую. В условиях пульсирующего циклического растяжения при 20°С лучшей оказалась мелкозернистая структура; при 450°С и асимметричном циклическом растяжении обе структуры были равноценными; при 600°С и асимметричном циклическом растяжении у сплава ВТ18 лучшей по усталостной прочности оказалась пластинчатая структура. Эти исследования показали необходимость оценки структуры в конкретных условиях эксплуатации.

Чрезвычайно большой интерес представляет выяснение влияния ВТМО на усталостную прочность стали. В ряде работ было обнаружено резкое повышение чувствительности к надрезам с повышением твердости стали [4]. Указывалось также на понижение усталостной прочности с возрастанием твердости стали выше HRC50. В связи с этим высказывалось отрицательное отношение к использованию высокопрочной стали в конструкциях, работающих под действием знакопеременных нагрузок.

Значительное увеличение глубины азотированного слоя связано с понижением остаточных напряжений сжатия в нем и может вызвать понижение усталостной прочности. Поэтому глубина слоя должна быть такой величины, чтобы усталостная трещина (разрушение) начиналась в под-слойной области, а не во внутренней части слоя.

Усталостные изломы совпадали с местом обрыва закаленного слоя только у тех образцов, которые перед поверхностной закалкой были подвергнуты улучшению (рис. 16). Для нормализованных образцов усталостные изломы происходили на некотором расстоянии (4—6 мм) от мест окончания закаленного слоя, ближе к головкам. В первом случае основной причиной, вызвавшей понижение усталостной прочности, является наличие зоны отпуска, образовавшейся при нагреве под закалку. Во втором случае (нормализованная сталь) отпуск не мог привести к понижению прочности; следовательно, ослабление должно быть отнесено

ную прочность. Понижение усталостной прочности при огрублении

Значительное влияние на понижение усталостной прочности в крупногабаритных образцах оказывает анизотропия структуры и отдельные дефекты, служащие очагом концентрации напряжений и началом образования усталостной трещины. Вероятность образования дефектов и перенапряженных зерен возрастает с ростом размеров испытуемого элемента. В связи со статистической природой процесса усталостного разрушения это приводит к увеличению вероятности разрушения. И не случайно поэтому влияние размеров на понижение пределов выносливости уменьшается в рафинированных сталях.

Влажный воздух с примесью SO2 вызвал понижение сопротивления усталости на 19%. При этом следует учесть, что столь существенное понижение усталостной прочности было установлено при сравнительно коротком времени испытания (2 •10' циклов). Даже относительная влажность воздуха может существенно сказаться на результатах усталостных испытаний. Известны, например, опыты с алюминиевым сплавом, который понизил долговечность в 3 раза только за счет увеличения относительной влаж- • ности окружающего воздуха от 5 до 95%.

ния, а, напротив, вызывает значительное понижение усталостной прочности (см. табл. 13). В комбинированных соединениях с фланговыми и лобовыми швами, последние способствуют более благоприятному распределению напряжений и повышению (на 34—50%) предела выносливости [41,47,180].

Этот случай проиллюстрирован графически на рис. 6.47. При 430 °С сопротивление усталости почти не изменяется по сравнению с комнатной температурой, однако при 816 °С оно значительно падает. Тем не менее, усталостная долговечность, определенная экспериментально, несколько больше долговечности, рассчитанной по правилу 10 %. Можно заключить, что хотя температура довольно высока, а скорость деформации низка понижение усталостной долговечности попадает в пределы 10 % от усталостной долговечности при комнатной температуре.

Влияние размеров (масштабный эффект). Пределы выносливости сталей, определенные при осевом нагруже-нии и симметричном цикле, практически от размеров образца не зависят (табл. 2.1). Наблюдаемый разброс экспериментальных данных вызывается, по-видимому, различными погрешностями методики экспериментального исследования, как,- например^ большей вероятностью присутствия остаточных напряжений,. вызывающих небольшое понижение усталостной прочности у очень больших образцов.

Авторы второй точки зрения исходят из представления, что понижение усталостной прочности в коррозионной среде совершается под влиянием коррозионных трещин, похожих на острые надрезы,, которые действуют как концентраторы напряжения [160, 210]. Известно [114], что при самых острых надрезах на стальных деталях в неактивных средах не удается понизить предел выносливости ниже 8 кГ/мм2. Исходя из этого считают, что в коррозионно-агрессивно» среде при достаточно длительном исследовании возможно получить, действительный предел выносливости, который ограничен одинаковой для большинства сортов стали (независимо от их химического состава и термообработки) величиной, примерно равной 10—15 кГ/мм2.

В результате исследования было установлено понижение усталостной прочности стали в воздухе на 15% при увеличении диаметра образца с 7 до 60 мм. В коррозионной среде при малой базе (0,7-107} образцы меньшего диаметра (0 7 мм) были более выносливы, чем образцы большего диаметра (0 60 мм), т. е. в этом случае сохранялся закон масштабного эффекта, установленный для нейтральных сред.

Совокупность всех воздействий среды и самой поверхности на физико-химические и механические свойства поверхностного слоя проявляется в адсорбционном понижении прочности - эффекте П.А. Ре-биндера. Поверхностно-активная среда существенно влияет на процес-

Явление адсорбционного понижения прочности материалов (эффект Ребиндера) было открыто и объяснено советским ученым П. А. Ребиндером в 1928 г. Оно заключается в понижении прочности и облегчении деформации твердого тела под влиянием адсорбции компонентов среды [32]. Эффект Ребиндера - основа физико-химической механики материалов [13, 17]. 26 . ' ,

разрушения сплава. Для большинства сплавов (медных, алюминиевых и др.) нагартованное состояние создается холодной деформацией (при темп-ре цеха), а необходимое соотношение хар-к прочности (аго.г и аь) и пластичности (б и i)) полуфабрикатов достигается различной степенью деформации или длительностью и темп-рой последующего отжига. Степень нагартовки сплавов определяется соотношением хар-к прочности и пластичности. Н а г а р т о-ванным состоянием наз. такое, при к-ром сплав имеет минимально допустимое значение б при соответствующих ему макс, значениях 0о,г и аь. В отожженном состоянии, наоборот, сплав имеет мипим. значения 0о,2 и О;, при макс, значении б. Промежуточное состояние, когда сплав имеет нек-рые средние значения механич. св-в между их значениями при полностью отожженном и нагартованном состояниях, наз. полунагартованным. Для сплавов, допускающих большие степени холодной деформации до разрушения, можно различать также более дробные степени деформации, напр.: 1/4 Н, V, Н и 3/4Н, где Н— обозначает нагартованное состояние. Ог-ранич. количество плоскостей скольжения в гексагональной кристаллич. решетке магниевых сплавов при комнатной темп-ре обусловливает незначит. степень их холодной деформации. На рис. приведена диаграмма сжатия сплава ВМ65-1. Незначит. запас пластичности (степень деформации < 10%) при комнатной темп-ре исключает возможность нагартовки магниевых сплавов холодным деформированием. Возможна холодная прокатка только малолегированных сплавов магния с 0,5% Th или с 0,2% мишметал-ла и 0,4% Zr. На практике применяется частичная нагартов-ка наиболее пластичных листовых сплавов прокаткой их в нагретом состоянии при темп-ре конца прокатки 150—200° с последующим неполным отжигом. В табл. приведены механич. св-ва листов из сплавов МА8 и МА2-1 после прокатки и отжига при различных темп-pax. Непосредственно после прокатки в нагартованиом состоянии сплавы имеют макс, хар-ки прочности, но слишком низкую пластичность, поэтому листы в таком состоянии не применяются. Отжиг сплава МА8 в интервале темп-р 250— 300° в течение 30 мин. обеспечивает повышенную прочность при достаточно высокой пластичности (полунагартованное состояние). При полном отжиге сплава МА8 (темп-ра 350°, время выдержки 30 мин.) достигается макс, пластичность при небольшом понижении прочности. Дальней-

РЕВИНДЕРА ЭФФЕКТ — физико-хи-мич. влияние среды на механич. св-ва материалов, не связанное с коррозией, растворением и др. химич. процессами. Р. э. проявляется в понижении прочности и облегчении упругой и пластич. деформации под влиянием адсорбции (поглощения молекул из окружающей среды поверхностями, развивающимися в деформируемом теле). Р. э. проявляется у металлич. моно-и поликристаллов, полупроводников, ионных кристаллов, бетонов, стекол, горных пород и т. д. Величина Р. э. зависит от темп-ры, величины напряжения, способа нагружения, состава и структуры материала и резко зависит от времени нагружения. Наиболее сильно Р. э. проявляется в тех случаях, когда за время деформации, предшествующей разрушению, вновь возникающие поверхности успевают покрыться адсорбционными слоями. Это имеет место в процессах ползучести при длит, статич. нагружении, в процессах усталости. При переходе от моно- к поликристаллич. металлам Р. э. значительно ослабляется, т. к. облегчение деформации сосредоточивается в поверхностных слоях и не распространяется в глубь тела. Наибольшее понижение поверхностной энергии материалов (почти до нуля) вызывают расплавленные среды, близкие по мол. природе к деформируемому телу: напр., если более тугоплавкие металлы и сплавы при нагружении находятся в среде жидких более легкоплавких металлов (в частности, наличие ртутной пленки на монокристаллах цинка уменьшает прочность и пластичность в десятки раз). Р. э. часто вреден для конструкционных материалов, т. к. понижает их прочность и пластичность. Для облегчения обрабатываемости резанием и для ускорения и улучшения прирабатываемости при трении Р. э. полезен. Защита поверхности деталей от

2) Первая работа П. 'А. Ребиндера, в которой был поднят вопрос об адсорб-дионном понижении прочности, относится к 1928 г.:

Рекристаллизационный отжиг применяется для деформированной в холодном состоянии (наклепанной, нагарто-ванной) стали (холодноштампованные изделия, холоднокатанные лист и лента, холоднотянутые прутки и проволока), которая благодаря наклепу становится прочной и твердой при понижении ее пластичности (табл. 4); целью этого отжига является восстановление исходных свойств стали — понижение твердости, восстановление пластичности и вязкости при некотором понижении прочности (табл. 5), получение равноосных недеформированных зерен, снятие внутренних напряжений и улучшение деформируемости при последующей холодной обработке — волочении, штамповке, прокатке.

Специальное исследование, проведенное в ЦНИИТМАШе с образцами диаметром 5, 10 и 30 мм, показало, что, несмотря на проявление масштабного эффекта, заключающегося в понижении прочности с ростом размера образцов, относительная величина упрочнения обкатыванием остается одинаковой при сохранении геометрического подобия размеров упрочненного слоя. Однако еще ранее было показано, что даже значительное отступление от оптимальной глубины наклепа приводит к потере небольшой доли упрочняющего эффекта. Так, например, снижение рабочей силы обкатывания на 60% вызывает понижение эффекта упрочнения лишь на 5% [66]. Это подтверждается рядом более поздних исследований [67].

Морозостойкость — способность пористого материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание (ниже — 17°С)и оттаивание без видимых признаков разрушения и при незначительном понижении прочности. Морозостойкость материала определяется экспериментально (ГОСТ 7025-78) и характеризуется минимальным числом циклов замораживания и оттаивания до начала разрушения, потерей массы не более 5 % и понижением прочности не более чем на 15 % первоначальной. По морозостойкости пористые материалы делят на марки Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 500.

Приведенные оценки теоретической прочности относились к температуре абсолютного нуля. Однако теоретическая прочность зависит от температуры по двум причинам. Во-первых, следует учитывать температурное изменение упругих постоянных, параметров решетки и поверхностной энергии и, во-вторых, термические флуктуации. При температуре, отличной от 0° К, в кристалле имеется конечная вероятность возникновения дислокаций под действием приложенных напряжений и термических флуктуации [49, 50], что, как показывает расчет, приводит к небольшому уменьшению прочности с температурой. Между тем это противоречит хорошо известному экспериментальному факту о значительном понижении прочности с температурой. Последнее обусловлено влиянием температуры на свойства структурных де-

Морозостойкость — способность пористого материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание (ниже — 17 °С) и оттаивание (цикл) без видимых признаков разрушения и при незначительном понижении прочности. Морозостойкость материала определяется экспериментально (ГОСТ 7025-91) и характеризуется числом циклов до начала разрушения и потери массы не более 5 %, понижением прочности не более чем на 15 % первоначальной. По морозостойкости пористые материалы делят на марки Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 500.

особенно шероховатой зон, слабели волнопо-добные знаки. При понижении прочности до 50— 100 даН/см2 матовая и особенно шероховатая зоны вообще не наблюдались на изломе. Круговое отверстие диаметром 3 мм влияло на прочность слабее, чем царапины, трещины, а иногда слабее, чем естественные дефекты (микротрещины). Разрушение могло начинаться и развиваться, минуя отверстие (фиг. 43, б).