Поведение материала

Одной из первостепенных задач является широкое внедрение в химическое машиностроение выоокополимерных конструкционных материалов, новых марок резины и новых конструкционных металлов и сплавов (титана, циркония, ниобия и др.). В 3-м издании эти вопросы не получили должного освещения. Также не освещено в 3-м издании и поведение конструкционных материалов в новых процессах, возникающих в связи с развитием высокотемпературной техники. Все это подробно рассмотрено, в настоящем, 4-м издании.

Коррозионное поведение конструкционных материалов из хромистых или хромоникелевых сталей и сплавов в среде N2O4 при теплосменах в диапазоне 290 — 970 К за 100 — 200 циклов в течение 5000 ч при общем времени контакта около 10000 ч с контрольными аналогичными испытаниями в воздушной среде характеризуется прибылью массы. Поверхность этих материалов покрыта плотной прочной окисной пленкой черного цвета; на ней не обнаружено очагов локальной коррозии, а также скалывания или растрескивания окисной пленки. Металлографические исследования, включающие измерения микротвердости в приповерхностном слое, показали, что коррозионный процесс всех испытанных материалов в среде при термоциклировании носит чисто поверхностный характер и за все время испытаний не обнаружено азотирования. Окисная пленка, образующаяся на образцах, весьма тонка и составляет 0,005 — 0,01 мм [2.17].

Несмотря на это, поведение конструкционных материалов в изготовленном из него оборудовании изучено еще недостаточно. Однако -вее же'^ожнатдеэтатъ~-тгекоторые обобвдетгя •результатов теоретического изучения коррозии указанных выше видов • оборудо--,, •ван«я« дать рекомендации по ее предупреждению. Поэтому в ««иге прежде всего подробно излагается теория коррозии и рассматриваются факторы, влияющие на ее развитие.

Характеристика среды и коррозионных повреждений [V,l] fV,2]. Из приведенных в § 1-5 данных о явлении рекомбинации видно, что при высоких температурах ра-диолиз на поведение конструкционных материалов не влияет. Большинство опытных данных по изучению радиолиза воды получены при облучении ее в кварцевых ампулах, т. е. при отсутствии веществ, влияющих на протекание этого процесса и способных к коррозии, В реальных же условиях работы реакторной установки конструкционные материалы вступают в реакцию с кислородом и перекисью водорода; радиолиз же усложняется побочными явлениями — коррозионными процессами. В силу этого не исключена возможность того, что при отсутствии в воде первого контура практически наблюдаемых количеств кислорода и перекиси водорода может возникать коррозия с кислородной деполяризацией, а вода будет загрязняться продуктами коррозии.

Влияние внешних и внутренних факторов на коррозионное и электрохимическое поведение конструкционных материалов

коррозионное поведение конструкционных материалов при заданном содержании примесей в теплоносителе должно быть известно и прогнозируемо.

В настоящей главе рассматривается поведение конструкционных материалов, в основном сталей, при низких температурах. Выделение этого вопроса в отдельную главу вызвано тем обстоятельством, что в интервале низких температур у наиболее широко используемых в сварных конструкциях сталей уменьшение вязкости в зоне концентрации напряжений проявляется весьма сильно и может приводить к хрупкому разрушению.

коррозионное поведение конструкционных материалов при заданном содержании примесей в теплоносителе должно быть известно и прогнозируемо.

При изменении скоростей деформирования и нагружения механическое поведение конструкционных материалов существенно изменяется [1, 14, 15]. Для получения исходной расчетной информации о параметрах уравнений состояния осуществляют два передельных режима испытаний:

При изменении скоростей деформирования и нагружения механическое поведение конструкционных материалов существенно меняется. При увеличении скорости деформирования ё от 10~6 до 104 1/с для конструкционных металлических материалов сопротивление упругим деформациям практически не изменяется, а сопротивление пластическим деформациям возрастает. Для конструкционных сталей изменение предела текучести ат по г описывается экспо-

Поведение конструкционных материалов при высокоскоростном деформировании интенсивно изучается в СССР и за рубежом примерно с 50-х годов. За время, прошедшее после выхода в свет известной монографии Дж. С. Райнхарта и Дж. Пирсона «Поведение металлов при импульсных нагрузках» (1958 г.), неизмеримо расширилось понимание физических процессов, происходящих в твердых телах при воздействии на них ударных волн и волн разрежения, которое является основным экспериментальным способом реализации условий высокоскоростного деформирования.

- возможные внешние влияния на коррозионное поведение материала (механические нагрузки или напряжения, скорость движения среды, е»рация, примеси в агрессивной среде и т.п.);

Поведение материала в этих условиях можно проследить на диаграмме

щего поведение материала в данных условиях. В самом деле, для

Цель большинства усталостных испытаний - определение долговечности при напряжениях, меньше статического предела текучести. В ряде случаев для оптимального проектирования требуется знать поведение материала при циклических напряжениях, вызывающих усталостное разрушение после небольшого числа циклов изменения напряжений или деформаций. Поэтому наряду с построением обычных кривых усталости большое развитие получили работы по исследованию несущей способности материалов при малоцикловой усталости. На рис. 4 в общем виде представлена полная кривая усталости в диапазоне напряжений от временного сопротивления разрушению (предела прочности) до физического предела выносливости (предела усталости). Конечно, построение полной кривой усталости в большинстве случаев носит условный характер, так как для получения полного спектра амплитуд напряжений или деформаций требуются различные типы испытательных машин. Однако построение полных кривых усталости позволяет понять ряд основных закономерностей циклического нагружения, оценить возможность конкретных методов расчета несущей способности в каждой области кривой усталости и улучшить методику исследований при нестационарных циклических нагрузках.

Ну, а если напряженное состояние в точках нагруженного образца изменить, изменится ли поведение материала? Многочисленные эксперименты показали, что поведение материала — его механическое состояние в первую очередь определяется напряженным состоянием. Так, хрупкий при одноосном растяжении чугун приобретает пластические свойства при большом всестороннем давлении.

Однако, при нагружении конструкций из малоуглеродистых, низко- и среднелегированных сталей, содержащих плоскостные дефекты, имеет место, как правило, развитое пластическое течение в вершине данных концентраторов (зона АВ на рис. 3.2). В общем случае это снижает опасность хрупких разрушений, так как часть энергии нагружения расходуется на образование пластических зон. В данных зонах напряжения и деформации уже не контролируются величиной коэффициентов интенсивности напряжений, а определяются из соотношений теории пластичности. Для некоторого упрощения описания процесса разрушения в механике разрушения вводят критерии, описывающие поведение материала за пределом упругости: 5С— критическое раскрытие трещины и Jc — критическое значение независящего от контура интегрирования некоторого интеграла. Деформационный критерий 6С основан на раскрытии берегов трещины до некоторых постоянных критических значений для рассматриваемого материала. На основе контурного Jp-интеграла представляется возможность оценить момент разрушения конструкций с трещинами в упруго-пластической стадии нагружения посредством определения энергии, необходимой для начала процесса разрушения. При этом полагается, что критическое значение энергетического параметра, предшествующее разрушению, является характеристикой материала. Существуют также и другие характеристики разрушения, которые не получили широкого распространения на практике. Например, сопротивление микросколу (Rc), сопротивление отрыву, угол раскрытия вершины трещины, двухпараметрический критерий разрушения Морозова Е. М. и др.

Деформированного состояния тела в областях возмущений Ё Любой момент времени с учетом всех специфических особенностей рассматриваемой области возмущений*. Поведение материала при динамическом и импульсивном нагружениях предполагается известным, т. е. учитывается локальность напряженно-деформированного состояния, что характерно для динамического и особенно импульсивного нагру-жения.

- возможные внешние влияния на коррозионное поведение материала (механические йагрузкк, сксрсгть движения среды, аэрация, примеси Б агрес-

Испытания материалов можно классифицировать также по видам деформации. Различают испытания образцов на растяжение, сжатие, среа, кручение и изгиб. Наиболее широко применяют статические испытания материалов на растяжение. Объясняется это тем, что механические характеристики, получаемые при испытании на растяжение, позволяют сравнительно точно определять поведение материала при других видах деформации. Кроме того, этот вид испытаний наиболее легко осуществить.

В общем случае взаимосвязь между напряжением и деформацией металла может быть выражена рис. 54, а. Поведение материала под действием условных напряжений а характеризуется кривой /; условные напряжения вычисляются делением нагрузки Р в данный момент времени на первоначальную площадь поперечного сечения образца F. Поведение материала под действием истинных напряжений 5 характеризуется кривой 2; истинные напряжения вычисляются делением нагрузки в данный момент времени на площадь поперечного сечения образца в этот же момент. Относительное удлинение образца

Таким образом, первый из рассмотренных структурных факторов, обусловливающих эффект упрочнения при ВМТО, действительно оказывает определяющее влияние на поведение материала при его дальнейшей службе. Процессы, вызывающие данные структурные изменения, стимулируют положительное действие двух других факторов, указанных выше.