Разрушения металлических

- первопричиной малоциклового коррозионно-усталостногс разрушения материалов ТГО. как и трубных сталей, являются чередующиеся процессы упрочнения-разупрочнения и соответствующие им изменения электрохимических свойств, ускоряемые воздействием коррозионно-активной среды.

Критерий ткр предложен Кулоном (1773 г.) и широко используется в работах Давиденкова и Фридмана для объяснения механизма разрушения материалов. Приведем несколько примеров использования критерия ткр для оценки несущей способности моделей. Как уже отмечалось ранее, в сварных соединениях часто возникают мягкие прослойки (у

Критерий ткр широко применяется для пластических материалов с малым деформационным упрочнением (для идеально-пластического металла). При значительном упрочнении металла оценку предельного состояния моделей производят на основе неустойчивости пластических деформаций. Установив функциональную зависимость с учетом характера деформационного упрочнения и используя условие неустойчивости, находят критические силовые и геометрические параметры. Заметим, что найденные таким образом критические параметры не являются характеристиками разрушения, а лишь отвечают моменту перехода из устойчивого (равномерного) пластического деформирования в неустойчивое (неравномерное). Тем не менее результаты анализа неустойчивости деформаций находят широкое применение для оценки несущей способности конструкций и полезны при исследовании разрушения материалов, моделей и конструкций с концентраторами напряжений при статическом и малоцикловом нагружении, в частности, моделей с трещинами.

Рассмотрены проблемы технического диагностирования и оценка ресурса безопасной эксплуатации сварных аппаратов. Представлены систематизированные характеристики и технические требования к изготовлению сосудов и аппаратов, работающих под давлением, обеспечению безотказности и долговечности отдельных видов нефтегазохимического оборудования. Рассмотрены механизмы разрушения материалов, роль технической диагностики в обеспечении надежности, современные методы диагностирования технического состояния сосудов и аппаратов. Отражены основные положения по оценке остаточного ресурса аппаратов Предназначено для студентов и аспирантов спец. 170500 "Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов" и спец. 171700 "Оборудование нефтегазопереработки". Может быть использовано специалистами в области диагностики и обеспечения промышленной безопасности объектов химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других производств.

3. МЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ 3.1. Механизмы разрушения металлических материалов

Физическая природа возникновения АЭ в материале при его пластическом деформировании и разрушении, очевидно, связана с микропроцессами необратимого деформирования и разрушения материалов. Приложенная нагрузка приводит к возникновению в материале конструкции полей напряжений и деформаций, за счет энергии которых зарождаются и развиваются дефекты, приводящие в конечном итоге к разупрочнению материала. Зарождение, перемещение, рост дефектов, а также их исчезновение сопровождаются изменением напряженно-деформированного состояния и перестроением микроструктуры материала. При этом в материале перераспределяется внутренняя энергия, что приводит к возникновению АЭ. В металлах возникновение АЭ связано с образованием и движение дислокаций, зарождением и развитием трещин, с фазо-

79. Мороз Л.С. Механика и физика деформаций и разрушения материалов. - Машиностроение, 1984. - 224 с.

Разрабатываемые методы оценки ресурса должны базироваться на современных достижениях механики разрушения материалов и сварных соединений, металловедения,

3. МЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ..........110

Исследования, проведенные В. С. Ивановой и ее научной школой, выявили иерархичность и многостадийное! ь процессов разрушения материалов. Оказалось возможным выделить на каждой стадии доминирую-

При построении вероятностных моделей отказов (см. например [30]) экспериментальные данные по долговечности элементов представляются эмпирическими функциями распределения (ЭФР) как зависимости вероятности разрушения образцов от времени, числа нагружений и т.д. Приведенные ЭФР являются ступенчатыми функциями, для которых, строго говоря, неприменим традиционный аппарат дифференцирования. Однако, физический смысл эмпирической информации (накопление повреждений, приводящих к разрушению образцов) и схожесть графического представления позволяет сделать вывод, что данные графики можно с уверенностью отнести к типу "чертова лестница" [4] и анализировать эти явления с учетом мультифрактального характера процесса разрушения материалов (рисунок 2.24).

Серьезные коррозионные разрушения металлических конструкций и деталей имеют также место при действии агрессивных сред в условиях трения (в насосах, мешалках, подшипниках, рессорах, рельсовых скреплениях и т. п.).

3. МЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ 3.1. Механизмы разрушения металлических материалов

3.2. Процессы механического разрушения металлических

3.1. Механизмы разрушения металлических материалов.....110

3.2. Процессы механического разрушения металлических материалов...............................................................122

В учебном пособии изложены основные понятия и характеристик!, усталостного и вибрационного разрушения металлических материалов. Рассмотрена физическая природа усталостного разрушения, основные периоды и стадии усталости, механизмы зарождения и распространения трещин. Предназначено для студентов и аспирантов технических университетов, может быть использовано инженерами-машиностроителями, мегалловедами и металлургами, а также слушателями факультетов повышения квалификации.

Учебное пособие написано в рамках чтения лекций в МГТУ им. Н.Э. Баумана по курсу «Конструкционная прочность машиностроительных материалов» на факультете «Машиностроительные технологии» (кафедра «Материаловедение») и предназначено для студентов, обучающихся на материаловедов и машиностроителей. Среди механических свойств конструкционных металлических материалов усталостные характеристики занимают очень важное место. Известно, что долговечность и надежность машин во многом определяется их сопротивлением усталости, так как в подавляющем большинстве случаев для деталей машин основным видом нагружения являются динамические, повторные и знакопеременные нагрузки, а основной вид разрушения - усталостный. В последние годы на стыке материаловедения, физики и механики разрушения сделаны большие успехи в области изучения физической природы и микромеханизмов зарождения усталостных трещин, а также закономерностей их распространения. Сложность оценки циклической прочности конструкционных материалов связана с тем, что на усталостное разрушение оказывают влияние различные факторы (структура, состояние поверхностного слоя, температура и среда испытания, частота нагружения, концентрация напряжений, асимметрия цикла, масштабный фактор и ряд других). Все это сильно затрудняет создание общей теории усталостного разрушения металлических материалов. Однако в общем случае процесс усталости связан с постепенным накоплением и взаимодействием дефектов кристаллической решетки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дискли-иаций, двойников, границ блоков и зерен и т.п.) и, как следствие этого, с развитием усталостных повреждений в виде образования и распространения микро - и макроскопических трещин. Поэтому явлению усталостного разрушения присуща периодичность и стадийность процесса, характеризующаяся вполне определенными структурными и фазовыми изменениями. Такой анализ накопления структурных повреждений позволяет отвлечься от перечисленных выше факторов. В учебном пособии кратко на современном уровне рассмотрены основные аспекты и характеристики усталостного разрушения металлических материалов.

Многие авторы процесс накопления усталостных повреждений, не разделяя на периоды, делят на следующие стадии: циклического упрочнения (или разупрочнения), зарождения и распространения усталостных трещин. На наш взгляд, прежде чем рассмотреть периодичность и стадийность процесса усталостного разрушения, целесообразно сделать это для статического деформирования, поскольку закономерности процессов пластической деформации и разрушения при различных видах деформирования имеют много общего. Периодичность и стадийность процессов пластической деформации при статическом растяжении для случая поликристаллических металлов и сплавов с ОЦК - решеткой, имеющих физический предел текучести, могут быть рассмотрены с учетом накопления повреждений (рис. 6). На этом рисунке слева представлен вид кривой статического растяжения, который наблюдается при температурах выше критической температуры хрупкости Тх, а справа при температурах испытания ниже Тх. Следует отметить, что это наиболее сложный вид диаграммы статического растяжения металлических материалов. Усложнить эту диаграмму можно, лишь добавив участок деформации прерывистой текучести, которая иногда наблюдается па стадии деформационного упрочнения, например, у низкоуглеродистых сталей в интервале температур испытания 100 - 300°С (так называемый эффект Портевена - Ле Шателье). В случае ГЦК - металлов и сплавов обычно на такой диаграмме отсутствует зуб и площадка текучести. Рассмотрев стадийность деформации и накопления повреждений на примере такой сложной диаграммы, легче перейти к более простым случаям. В настоящее время при рассмотрении процесса разрушения металлических материалов (будь то статическое деформирование или какой-либо более сложный вид нагружения - усталость, ползучесть и т.п.) принято

Рассмотрим теперь стадийность процессов пластической деформации и разрушения в условиях циклического деформирования. В дальнейшем мы будем рассматривать закономерности усталостного разрушения в основном в области многоцикловой усталости, хотя при рассмотрении многих аспектов проблемы мпогоцикловой и малоцикловой усталости бывает трудно разделить. Обобщенная диаграмма многоциюювой усталости, представленная на рис. 7, отражает основные закономерности накопления повреждаемости в основных периодах и стадиях процесса усталостного разрушения металлических материалов, имеющих на кривой статического растяжения физический предел текучести. В диапазоне циклических напряжений от стк до стти весь процесс усталости в зависимости от числа циклов нагружения можно разделить на два основных периода (по аналогии со стадийностью процессов пластической деформации и разрушения при статическом нагружении): зарождения усталостных трещин и распространения усталостных трещин (заштрихованная область на рис. 7).

Чаще всего с уменьшением размера зерна предел выносливости возрастает, хотя в ряде работ показано, что измельчение структуры металла не всегда приводит к изменению долговечности. При анализе влияния структурного фактора на циклическую прочность необходимо иметь в виду, что закономерности разрушения металлических материалов при циклическом и сгатическом нагружении имеют много общего. Для циклического нагружения зависимость предела усталости
3. Терентьев В.Ф. Стадийность процесса усталостного разрушения металлических материалов // Металлы.- 1996.- № 6.- С. 14-20.