Поведению материала

Величины механических характеристик могут быть получены в лабораторных условиях доведением образцов до разрушения или чрезмерной деформации. Наиболее распространены испытания на растяжение и сжатие, так как они относительно просты, дают результаты, позволяющие с достаточной достоверностью судить о поведении материалов и при других видах деформации. Часто целью испытаний является определение твердости и ударной вязкости.

При испытании на длительную прочность разрушение образца автоматически фиксируется электрическими часами // (см. рис. 40), отключающимися при разрыве образца отключателем «К». Наглядное представление о сравнительном поведении материалов в коррозионной среде под действием растягивающих напряжений дают кривые длительной прочности, построенные в координатах: напряжение— логарифм времени до разрушения.

используется критерий текучести Мизеса или какой-либо из его вариантов, что является следствием как простоты этого критерия, так и его хорошего согласования с экспериментальными данными о поведении материалов. Интересной также является попытка придать критерию Мизеса определенный физический смысл. Например, записав левую часть уравнения (3) через-главные значения девиатора напряжений:

Несмотря ва болывой ооЧем вкопериментальннх иоследований, до ааатоя-шего времени не удалось установить обще вакономарностей а поведении материалов различных классов я ооадать достоварнур феноменологическую моде» упрочнения. Существуювяе гипотезы упрочнения требуют тщательной проверки и вноперишитального овосяоваяия.

Наиболее интенсивно происходила коррозия в материале с матрицей из сплава 2024 в состоянии после изготовления (без специальной термической обработки). В кооррозионном поведении материалов с матрицей из сплава 6061 как в исходном состоянии, так и в состоянии после термической обработки, проводимой с целью повышения прочности матрицы, не обнаружено разницы на участках, находящихся в различных напряженных состояниях. Однако в материалах с матрицей из сплава 2024 как в исходном, так и в термообработанном состоянии глубина коррозионного воздействия со стороны растянутых волокон оказалась примерно вдвое больше чем со стороны сжатых волокон.

шения /Cic — от 102 до 239 МПа-м1/2. При снижении температуры от 297 до 4,2 К вязкость разрушения уменьшается незначительно. Поведение сплава Inconel Х750 отражает общую закономерность в поведении материалов, имеющих структуру аустенита и выражающуюся в том, что скорость роста трещины усталости при комнатной температуре такая же, а в ряде случаев выше, чем при 4 К.

5. Об экспериментальном изучении удара. Целью экспериментального изучения удара являются проверка правомочности теории и обнаружение специфических особенностей в поведении материалов при динамическом на них воздействии.

По достижении экономически выгодных глубин выгорания в современных быстрых реакторах доза, накопленная материалом оболочек твэлов, составляет 2—4 • Ю23 н/см2. Сведения о поведении материалов при флюенсах свыше Ю23 н/см2 очень ограничены [171—173, 216, 217]. На их основании можно сделать следующие выводы: при флюенсах свыше Ю23 н/см2 распухание штатных оболочечных материалов (сталей 304 и 316) превышает 10%; насыщение или замедление распухания с дозой вплоть до флюенсов 2—4 • Ю23 н/см2 не наблюдается.

Замедленное поступление информации о поведении материалов при облучении до высоких доз потребовало разработки методов прогнозирования. К ним относятся экстраполяция реакторных данных до высоких доз; имитационные эксперименты; математическое моделирование и теоретическое исследование.

Имитационные эксперименты являются единственным экспериментальным источником информации о поведении материалов при облучении до доз, не достигаемых в действующих реакторах. На основании имитационных экспериментов можно сделать следующий вывод: насыщения распухания штатных оболочечных материалов (сталей 316, 304, 321) с дозой не ожидается вплоть до 500—600 с/а [79, 218].

обходимые для расчёта и обоснования технологических процессов. Во втором—содержатся нужные технологу данные о поведении материалов при термической обработке и пластической деформации, а также приводятся технологические свойства (обрабатываемость, свариваемость и т. д.) этих материалов. В четвёртом разделе имеются сведения о конструировании и эксплоатационных характеристиках литейных и кузнечных машин, металлорежущих станков, сварочного и иного заводского оборудования. Наконец, в томах пятого раздела технолог найдёт указания по проектированию машиностроительных заводов и организации производства. Имеющиеся в „Справочнике" внутренние ссылки на материалы других томов и глав должны помочь читателю ориентироваться в размещении справочных сведений и материалов.

Чтобы приблизить результат испытаний к поведению материала в реальной конструкции, следует взять толщину -образца равной толщине детали. Еще лучше, если образец каким-либо образом имитирует деталь в том случае, когда расчету подлежит конкретная конструкция. Для такого модельного образца следует иметь формулу для коэффициента интенсивности напряжений К. На образцы наносим исходные трещины разной длины I (следует также. предусмотреть образцы без трещины). Затем эти образцы доводят до разрушения и строят график повреждаемости (или критическую диаграмму разрушения) в координатах Оразр - I (длина здесь берется исходная, разрушающее напряжение - номинальное в нетто сечении). Затем строим график зависимости предельного коэффициента интенсивности напряжений от длины трещины. В формулу для К подставляем аразр и i и находим К = Кс, которое и откладываем на графике при данной I.

Область III вязкого разрушения отвечает независимому от температуры поведению материала, пока с ростом температуры не происходит деградация его свойств. Ведущий механизм вязкого разрушения в виде порообразования, приводящий к последующему формированию ямочного рельефа излома, остается неизменным в связи с возрастанием температуры. Поэтому в области III можно наблюдать однотипный рельеф излома как в случае влияния температуры на вязкость разрушения материала, так и при отсутствии такового.

Распространение усталостных трещин в тонких пластинах сопровождается переходом к переориентировке всей поверхности излома под углом около 45° к плоскости пластины еще до начала быстрого разрушения. Развитие трещины происходит в условиях перемещения берегов трещины по типу /:ш при одноосном растяжении. Такая же ситуация реализуется в случае комбинированного не одноосного нагружения тонкой пластины, т. е. она не зависит от условий внешнего воздействия, а присуща поведению материала в некотором диапазоне толщины испытываемой пластины. Происходит самоорганизованный переход через точку бифуркации, когда материал стремится понизить затраты энергии на реализуемый процесс разрушения и использует для этого большую работу пластической деформации, которая имеет место при продольном сдвиге. Доказательством сказанного являются результаты известных экспериментов, например [77-79]. На участке перехода от преимущественно плоского к переориентированному под углом около 45° излому отмечается небольшое снижение темпа роста трещины. Ее величина может даже оставаться постоянной. Это отмечается в алюминиевых, никелевых и титановых сплавах, что свидетельствует о едином поведении системы в виде пластины с развивающейся в ней усталостной трещиной. С увеличением длины трещины снижается степень стеснения пластической деформации вдоль фронта трещины, доля плоской поверхности излома по сечению уменьшается, что позволяет реализовать большую работу пластической деформации перед продвижением трещины.

Rene'95 представлена на рис. 7.9. Во-первых, было показано, как и ранее, что переход в область независимого поведения сплавов от частоты нагружения связан с превышением пороговой частоты (со/)р = 10 Гц для исследованного уровня постоянного КИН. В общем случае переход к независимому поведению материала от частоты нагружения определяется переменной величиной (со/)р, которая является функцией от КИН,

Конечно, линейная теория дает только приближение к действительному поведению материала, и, для того чтобы использовать ее должным образом, необходимо знать границы ее

Вообще говоря, поле напряжений у вершины трещины в анизотропной пластине включает составляющие /С/ и Ки- Однако в настоящее время испытания проводят, как правило, при ориента-циях, исключающих одну из этих составляющих; это прежде всего относится к ортотропным материалам, которые ориентируют таким образом, чтобы нагрузка была параллельна одной главной оси, а трещина — другой. В таких условиях значительная анизотропия, свойственная некоторым композитам, может привести к явлениям, не наблюдающимся у обычных металлов. Так, при растяжении образцов с направленным расположением упрочнителя часто наблюдают продольное расщепление (рис. 8). Его может и не быть, если поперечная и сдвиговая прочности достаточно высоки [5]; тем не менее, этот возможный тип разрушения материалов необходимо учитывать. Кроме того, приложение одноосных растягивающих напряжений ахх к образцу с поперечным расположением слоев приводит к появлению локальных межслоевых напряжений %zy и нормальных напряжений azz, перпендикулярных плоскости образца [35], что показано на рис. 9. Ориентация и значения величин crzz и rzy зависят от порядка укладки слоев, упругих постоянных каждого слоя и величины продольной деформации. Значительные межслоевые растягивающие azz и сдвиговые tzv напряжения могут привести к расслаиванию [11, 35], которое опять-таки является особенностью анизотропных слоистых материалов. Последний пример относится к поведению материала с поверхностными трещинами. В изотропных материалах трещина распространяется, как правило, в своей исходной плоскости (рис. 10, а). У слоистых материалов прочность связи между слоями обычно мала, и они обнаруживают тенденцию к расслаиванию по глубинным плоскостям (рис. 10,6). Три этих простых примера приведены здесь, чтобы проиллюстрировать некоторые из различий между гомогенными изотропными материала-

выбирать с учетом его поведения на соответствующей стадии развития трещины. Таким образом, после испытаний при определенных условиях (уровень напряжений, частота, асимметрия) по поведению материала на разных стадиях развития трещины можно судить о его чувствительности к различной степени перегрузки.

4. Феноменологическая модель материала может быть представлена в виде последовательного соединения трех ячеек, соответствующих упругому, вязко-упругому и вязко-пластическому поведению материала при нагружении и разгрузке, с переменными реологическими параметрами элементов ячеек, изменяющимися в зависимости от истории нагружения и мгновенных условий нагружения.

Получение корректных экспериментальных данных о влиянии скорости деформации на сопротивление, как показано в предыдущем параграфе, требует сохранения определенного закона нагружения в процессе испытания во всем скоростном диапазоне испытаний. Жесткость цепи нагружения испытательной машины, включающей образец из исследуемого материала, динамометр и соединительные элементы, в зависимости от сопротивления материала и его изменения в процессе испытания оказывает влияние на реализуемый закон нагружения (деформации) материала в объеме рабочей части образца [171]. Связанное с этим отклонение параметра испытания от номинального не превысит допустимых пределов при ограничении жесткости цепи нагружения. Влияние жесткости особенно существенно при резком изменении скорости деформации или нагрузки, имеющем место при переходе от упругого к упруго-пластическому поведению материала вблизи верхнего и нижнего пределов текучести, предела прочности, у точки разрушения. В связи с этим рассмотрим влияние жесткости цепи нагружения на закон деформирования. Основное внимание уделим рассмотрению отклонения от параметра испытания е—const.

деформирования путем соответствующего выбора времени нарастания скорости на нагружаемом конце образца ограничивает допустимую длину образца условием (2.8). Кроме того, как показано в предыдущем параграфе, кривая деформирования укороченного образца больше соответствует механическому поведению материала при постоянной скорости деформации вследствие понижения влияния эффектов, связанных с локализацией деформации. Таким образом, уменьшение относительной длины образца обеспечивает болеее равномерное распределение напряжений и деформаций по его длине.

Таким образом, снижение длины образца до /p/dp=:l,5' при сохранении равномерности деформирования в начальный период нагружения не влияет на характеристику прочности и'пластичности (за исключением величины относительного удлинения) и обеспечивает получение кривой деформирования, лучше; соответствующей поведению материала в определенном объеме (объеме рабочей части образца). При высоких скоростях деформирования, при которых не представляется возможным обеспечить равномерность деформирования в начальный период нагружения, сокращение длины образца до минимума'является необходимым условием получения корректных данных о качеств венном влиянии скорости деформирования на характеристики прочности и пластичности материала и влиянии скорости на кривую деформирования.