Повреждения материалов

Разрушение может быть частичным или полным. При частичном разрушении в теле возникают повреждения материала в виде отдельных трещин или в виде распределенной по объему дефектности материала, выражающейся в изменении (в неблагоприятную для прочности сторону) его механических свойств. При полном разрушении происходит разделение тела на части.

Разрушение может быть частичным или полным. При частичном разрушении в теле возникают повреждения материала в виде отдельных трещин или в виде распределенной но объему дефектности материала, выражающейся в изменении (в неблагоприятную для прочности сторону) его механи-

сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений существенное влияние оказывает степень наводороживания и коррозионного повреждения материала конструкций. В стали водород в атомарном или ионизированном состоянии может находиться в междоузлиях кристаллической решетки, микро-несплошностях, где он переходит в молекулярное состояние, а также в виде химических соединений с различными элементами, входящими в сталь.

При анализе повреждения материала вблизи края трещины возникает неопределенность в связи с тем, что для некоторой области, близко примыкающей к краю трещины, нельзя математически описать физический механизм повреждения. Для того, чтобы избежать этой неопределенности, Г .К. Си отделяет указанную область цилиндром с радиусом г0, названным радиусом ядра трещины (рисунок 4.22).

Разрушение может быть частичным или полным. При частичном разрушении в теле возникают повреждения материала в виде отдельных трещин или в виде распределенных по объему дефектов материала, приводящих к изменению (>в неблагоприятную для прочности сторону) механических свойств материала. При полном разрушении происходит разделение тела на части.

Пусть скорость некоторого процесса повреждения материала v есть функция ряда входных параметров Z^, Z2; ...; Zn и времени tt причем данная зависимость получена на основе физико-химических законов:

Параметры Zi характеризуют условия эксплуатации (нагрузки, скорости, температура и др.), состояние материала (твердость, прочность, качество поверхности и т. д.) и другие факторы, влияющие на протекание процесса повреждения материала. Однако при наличии только функциональной зависимости, достаточно достоверно описывающей данное явление, нельзя еще точно предсказать, как будет протекать данный процесс, так как сами аргументы Z^, ...; Zn являются случайными величинами.

Законы старения, оценивающие степень повреждения материала в функции времени, являются основой для решения задач надежности. Они позволяют прогнозировать ход процесса старения, оценивать возможные его реализации и выявлять наиболее существенные факторы, влияющие на интенсивность процесса. Типичным примером таких зависимостей являются законы износа материалов, которые на основе раскрытия физической картины взаимодействия поверхностей дают методы для расчета интенсивности процесса изнашивания или величины износа в функции времени и оценивают параметры, влияющие на ход процесса (подробнее об этом см. гл. 5). Анализируя исследования последних лет, следует отметить, что все чаще стремятся получить законы, описывающие ход'процесса старения, или разрушения как функцию времени.

1. Классификация процессов старения по их внешнему проявлению, Поскольку процессы старения характеризуются сложными и разнообразными явлениями, происходящими в материалах деталей машины, их классификацию целесообразно провести в зависимости от того внешнего проявления, к которому привел данный процесс. По внешнему проявлению процесса, т. е. по деформации детали, ее износу, изменению свойств и другим показателям, можно судить о степени повреждения материала детали и, следовательно, оценить близость изделия к предельному состоянию.

2. Процессы повреждения материала детали (объемные явления), Разрушение материала детали (его излом) относится, как правило, к недопустимым видам повреждения (см. гл. 1, п. 3). Это связано с тем, что поломка деталей в результате разрушения часто носит лавинообразный характер и протекает с большой скоростью. Поэтому расчеты, связанные с прочностью, оценивают не скорость процесса разрушения, а те условия, при которых данный процесс не возникает.

4. Оценка степени повреждения материала детали 1. О необходимости численной оценки степени повреждения*

В брошюре рассмотрены биологические повреждения материалов и покрытий конструкций машин в различных условиях эксплуатации. Приведена классификация биологических факторов и биоповреждений, изложены методы повышения стойкости машин к воздействию биологических факторов при производстве и эксплуатации.

5. Область существования процесса старения. Любой процесс старения возникает и развивается лишь при определенных внешних условиях. Для оценки возможных видов повреждения материалов деталей машин необходимо установить область существования процесса старения и в первую очередь условия его возникновения. Для возникновения процесса обычно должен быть превзойден определенный уровень нагрузок, скоростей, температур или других параметров, определяющих его протекание. Этот начальный уровень или порог чувствительности особенно важно знать для быстропротекающих процессов старения, когда после возникновения процесса идет его интенсивное лавинообразное развитие. Часто порог чувствительности связывают с некоторым энергетическим уровнем, который определяет начало данного процесса. Например, упомянутая выше энергия активации Еа определяет энергетический уровень, начиная с которого может идти процесс изменения свойств материала.

Исследования микроорганизмов включают: идентификацию их до вида; исследование морфологических, культуральных и физиологических признаков; характер взаимодействия с другими видами, родами и группами; определение адаптации и особенностей изменчивости; исследование продуктов метаболизма; изучение биохимических особенностей и эффектов воздействия на различные материалы; исследование условий стимулирования и подавления развития, выявление биоцидов и биостатических веществ; определение опасности для человека и теплокровных; принятие решения о депонировании и использовании микроорганизмов в качестве тест-культур для испытания биостойкости материалов и покрытий, в качестве продуцентов, стимулирующих или ингиби-рующих повреждения материалов (коррозию, старение и т. п.); определение целесообразности патентования и стандартизации новых штаммов культур с учетом их полезных свойств.

рованные методы. Принципиально эта классификация применима в более широком плане — к методам защиты от процессов повреждения материалов конструкций техники (коррозии, старения) в результате воздействия факторов среды. Возможна классификация методов защиты в зависимости от характера механизма, (и средств применения. Обобщенный вариант перечисленных классификаций приведен на рис. 28. Кроме того, методы защиты от биоповреждений можно рассматривать в зависимости от применения мероприятий на стадии проектирования, в процессе производства материалов и конструкций техники, а также в условиях эксплуатации я ремонта машин, оборудования и сооружений.

Теперь наряду с продолжающимися во все возрастающем1 объеме исследованиями основных стадий усталостного повреждения материалов интенсивно развиваются исследования явлений, происходящих на границе между этими стадиями. К настоящему времени в этой области исследований получено-большое количество сведений от экспериментального определения влияния металлургических, конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на параметры нераспространяющихся усталостных трещин до построения теоретических решений для определения условий возникновения таких,, трещин.

: СПМ немедленно ставит в известность администрацию о всех недостатках в организации складского хозяйства^ допускающих возможность повреждения материалов, полуфабрикатов и изделий, полученных от поставщиков. Руководители складов и отдела снабжения полностью отвечают за недостатки в складском хозяйстве и обязаны немедленно принимать меры по замечаниям СПМ.

В реакциях синтеза около 80% энергии уносится высокоэнерге-тичными (порядка 14 МэВ) нейтронами, пронизывающими на большую глубину элемент конструкции термоядерного реактора. С учетом этого следует ожидать, что объемные повреждения материалов при одинаковом интегральном потоке нейтронов будут более значительными, чем в случае быстрых реакторов, по крайней мере, в силу двух причин: с одной стороны, под действием нейтронов с энергией 14 МэВ в материалах будут возникать более энергичные первично выбитые атомы, а следовательно, будут создаваться большие количества смещенных атомов и большие повреждения, чем в случае нейтронов быстрых реакторов. С другой стороны, сечения (га, а)-и (п, р)-реакций для нейтронов таких энергий существенно выше, чем для нейтронов реакторного спектра энергий. Образующиеся

Значительная часть (около 20%) энергии реакции синтеза выделяется а-частицами (энергия частиц порядка 3,5 МэВ), ионами изотопов водорода, атомами и молекулами этих газов, а также электромагнитным излучением различной энергии в обращенных к плазме поверхностных слоях первой стенки реактора. Это приводит к интенсивной эрозии поверхности в результате «шелушения» (блис-теринга) поверхности вследствие образования и разрушения поверхностных газовых пузырей, а также в результате катодного распыле ния, протекания химических реакций и т. д. Поверхностные повреждения материалов присущи только термоядерным реакторам и в настоящее время представляют одну из наибольших трудностей для конструкторов этих реакторов.

Приведем кратко основные достоинства и недостатки ионного и электронного облучения как методов имитации реакторного повреждения материалов.

Влияние свободной поверхности необходимо учитывать при исследовании радиационного распухания, вызванного ионным или электронным облучением. В экспериментах по облучению в высоковольтном электронном микроскопе влияние свободных поверхностей образца накладывает ограничение на толщину исследуемого объекта (/)—( t > 3 LFV) [114, 121, 122]. В противном случае полученные результаты не представительны для описания поведения объемного повреждения материалов. При температуре порядка 600° С толщина стальных образцов должна быть не меньше 1,5 мкм. Интересное явление наблюдается в случае электронного облучения в высоковольтном электронном микроскопе при 400° С фолы, которые изготовлены из объемных образцов никеля, предварительно облученных нейтронами при 400°С до появления мелких пор, а именно происходит рост пор в центральной части фольги и исчезновение их из областей, прилегающих к поверхностям [121].

В экспериментах по ионному облучению образцов влияние поверхности накладывает ограничение на энергию бомбардирующих частиц [331. Общепринятого критерия, позволяющего оценить минимальную энергию бомбардирующих частиц, при которой поверхность не влияет на развитие радиационного распухания в пике повреждения, нет, однако считается, что при энергии металлических ионов мен'-ше 500 кэВ зависимость развития пористости от энергии бомбардирующих частиц в значительной мере обусловлена влиянием поверхности, поскольку глубина проникновения ионов должна превышать две ширины свободной от пор зоны, иначе, как и в случае облучения в ВВЭМ, результаты не представительны для описания поведения объемного повреждения материалов [120].