Разрушения отдельных

В работе подробно рассмотрена технология испытаний, включая анализ макрофрактографических особенностей разрушения основного металла и сварных соединений трубопроводов и оборудования.

Основными признаками нормального окислительного изнашивания, отличающими его от различных видов повреждаемости или недопустимых (патологических, по Б.И. Костецкому) видов износа, являются: отсутствие любых видов разрушения основного материала, локализация разрушения в тончайших поверхностных слоях вторичных структур, образующихся при трении, динамическое равновесие механохимических процессов образования и разрушения вторичных структур.

от разрушения основного. При температуре 1100° С оба слоя биметалла разрушаются одновременно.

щихся тел [69] и др, Эти явления приводят к тому, что свойства поверхностного слоя, как правило, резко отличаются от свойств основного материала, а именно этот слой и подвергается разрушению, Проф. Б. И. Костецкий считает, что «главной особенностью нормального износа является отсутствие любых видов разрушения основного металла» [901.

Определяли влияние покрытия на вязкость разрушения стали, применяемой для изготовления силовой части корпуса реактора. В качестве основного материала использовалась корпусная сталь 15Х2НМФА, химический состав которой удовлетворял требованиям ТУ 108—765—72. Были изготовлены образцы для испытаний на вне-центренное статическое растяжение в соответствии с рекомендациями [228]. На боковую поверхность образцов методом наплавки наносилось покрытие толщиной 7—9 мм. Всего испытывалось 16 образцов толщиной 50—150 мм, в том числе 6 контрольных без наплавки. Испытания проводились при комнатной и отрицательной температурах в соответствии с методическими указаниями [228]. Результаты испытаний свидетельствуют, что покрытие (наплавка) не уменьшает вязкость разрушения основного металла во всем интервале исследуемых температур (от —80°С до +20°С). Значения Кс (для температур —20°G и выше) и К1С (для температур ниже —20°С) у однородных образцов и образцов с покрытием соответствуют друг другу в пределах обычного разброса экспериментальных данных.

3. Необходимо оценить роль покрытия в изменении вязкости разрушения - основного металла. С одной стороны, стеснение пластической деформации, увеличение концентрации поверхностных дефектов, возникновение остаточных напряжений растяжения, создание дополнительных препятствий для дислокаций на границе с основным металлом — все эти обстоятельства, возникшие при формировании покрытия, должны снизить уровень вязкости разрушения. С другой — ряд положительных факторов (благоприятные на-

На рис. 137 представлен график, иллюстрирующий изменение сопротивления основного слоя биметалла при испытании его на усталость. Для участка А—Б характерно незначительное повышение электрического сопротивления биметалла, свидетельствующее о том, что структура повреждена мало. Участок Б—В отражает быстрое увеличение электрического сопротивления: это связано с тем, что число дефектов в обезуглероженной зоне основного слоя значительно возросло и возникли микро- и макротрещины в объеме образца. Участок В—Г характерен для интенсивного разрушения основного слоя СтЗ и быстрого накопления повреждений в плакирующем слое.

Вязкость разрушения сварных соединений приведена в табл. 2 и на рис. 5. Независимо от вида сварки, вязкость разрушения соединений (с трещиной в зоне термического влияния) всех сплавов, кроме стали ОХ13АП9, меньше вязкости разрушения основного материала: Кс составляет в среднем 80 %, a Jc и 6С~65 % от соответствующих свойств

Вязкость разрушения. При испытаниях вязкости разрушения основного материала и сварных соединений при комнатной температуре и 77 К наблюдалось пластичное разрушение по типу отрыва без каких-либо признаков нестабильного разрушения. При проведении на диаграмме нагрузка — раскрытие трещины линии, наклон которой на 5 % меньше, чем наклон линейной части диаграммы, признаков роста трещины не обнаружено, и истинные значения критического коэффициента интенсивности напряжений /Cic определить было невозможно. Оба материала настолько вязки, что просто не хватает толщины образца для того, чтобы накопленная упругая энергия могла вызвать даже незначительное увеличение роста трещины. Проведенные ранее исследования плит сплава 5083-0 и сварных соединений, выполненных с присадкой проволоки сплава 5183, [7] показали, что при испытаниях изгибом надрезанных образцов размером 203X203 мм толщины образца недостаточно для обеспечения условий плоской деформации в материале. Было установлено, что такие условия обеспечиваются на образцах толщиной 305 и шириной 610 мм.

Низкое содержание никеля приводит к образованию аустенита, не устойчивого при низких температурах, и мар-тенситное превращение, вызывающее большие напряжения, может отрицательно сказаться на характеристиках разрушения. Проведенная Национальным Бюро Стандартов оценка характеристики разрушения основного материала и сварных стыковых соединений стали Fe—13Сг—19Мп является частью совместной советско-американской программы исследований материалов для криогенной техники. В данной работе приведены результаты испытаний вязкости разрушения и скорости роста трещины усталости (СРТУ).

Исследование проводили на образцах двух типов. Для замеров СРТУ в основном металле, в зоне термического влияния и в зоне сплавления в сварных соединениях использовали образцы для трехточечного изгиба ориентировки ПВ1. Эти образцы имели толщину 12,5 и ширину 18,1 мм. Для определения вязкости разрушения основного металла и зоны термического влияния использовали компактные образцы ориентировок ПД и ДП, эти же образцы использовали при проведении дополнительных испытаний для определения СРТУ в основном металле, зоне термического влияния и в

Исследование контактной коррозии. В химическом машиностроении часты случаи контакта разнородных металлов п конструкциях и аппаратах. Контакт двух разнородных металлов является причиной коррозионного разрушения отдельных узлов этих конструкций и аппаратов.

Арнольд [1], а также Ианелли и Риццитано [15] показали, что при испытании слоистого образца, соответствующего рис. 26 (в этом случае, по Эмбери и др. [9], происходит «распределение» трещины между слоями), его вязкость разрушения равна сумме значений вязкости разрушения отдельных листов. Это позволяет конструктору обеспечить максимальную вязкость разрушения, выбирая соответствующие параметры листов. Возможности такого подхода иллюстрирует приведенный выше рис. 4, характеризую-

Первые исследования распространения усталостной трещины в эвтектике А1 — Al3Ni были проведены Гувером и Гертцбергом [31] на цилиндрических образцах с надрезом. В предыдущих исследованиях с участием одного из этих авторов [27] было показано, что в изучаемом сплаве матрица — деформируемая, а усы AlgNi — упругие. При больших циклических напряжениях усы Al»Ni разрушались, а затем образовывались микропоры. Материал разрушался полностью, когда микропоры коалесцировали в главной плоскости разрушения подобно тому, как это наблюдалось при постепенном нагружении (рис. 16). Вид излома существенно изменялся при переходе к относительно низким циклическим напряжениям, когда уровень напряжений в надрезе оказывался недостаточным для разрушения отдельных усов. В этом случае повреждения концентрировались исключительно в Al-матрице. По мере накопления пластических повреждений в матрице начиналось распространение устойчивой трещины, которое происходило параллельно направлению нагружения и ориентации усов (рис. 17, а). Фронт вертикальной трещины имел тенденцию двигаться вдоль плоскости (111) Al-матрицы (аналогично первой стадии распространения усталостной трещины по [19]), а иногда и по поверхности раздела уса и матрицы (рис. 17,6). -Следует отметить, что при относительно низких напряжениях разрушение усов и связанное с ним образование микропор не происходили.

Основная цель данной главы состоит в освещении фундаментальных основ изменчивости и масштабного эффекта прочности хрупких и вязких однофазных материалов и особенно пластиков, состоящих из жестких, хрупких армирующих материалов, погруженных в растяжимые матрицы. Вследствие этого не будет возможности охватить во всех деталях многие интересные достижения в более традиционных аспектах разрушения композитов. Интересующемуся читателю можно рекомендовать некоторые другие главы данного тома и дополнительно следующие обзоры по прочности композитов: Келли [15] — общее введение в теорию прочности волокнистых композитов; Кортен [7, 8] — детальное обсуждение вопросов прочности пластиков, армированных стеклянными волокнами; Розен и Дау [31] и Тетельман [35] — детальные обсуждения некоторых вопросов прочности композитов и подходов механики разрушения к разрушению композитов; Тьени [34] — сборник статей различных исследователей, в которых представлено много примеров структуры и статистических особенностей разрушения отдельных композитов, таких, как бетоны, пенопласты, и неориентированных матов, таких, как бумага,

В растворах электролитов на поверхности металла возникают коррозионные гальванические элементы, скорость разрушения отдельных участков определяется эффективностью работы этих элементов. Поэтому для основной массы металлов, эксплуатирующихся в почве, приходится считаться главным образом с процессами электрохимической коррозии.

Особо следует подчеркнуть, что предложенные модификации метода не являются исчерпывающими. Например, замена слоистого композита квазиоднородным материалом позволяет учесть влияние слоев, стесняющих деформации, интегральным образом, но не дает возможности учесть эффекты, связанные с чередованием слоев по толщине. Во всех возможных вариантах предложенного подхода желательно сохранить простоту модели и вычислительных процедур. Особенно это существенно при одновременном учете многих факторов, таких, как неоднородность материала, неупругость матрицы, акты разрушения отдельных слоев.

Часто разрушение отдельных слоев композита не вызывает существенных изменений в его макроскопическом поведении и с трудом обнаруживается экспериментально. Например, диаграмма при растяжении в направлении армирования слоистого композита с ортогональной укладкой армирующих волокон [0790°]s не имеет резких переломов. Разрушение же слоев, ориентированных перпендикулярно направлению на-гружения, проявляется наиболее заметно в скачкообразном изменении коэффициента Пуассона. В этом случае анализ поведения слоистого композита на основе свойств составляющих его слоев помогает установить условия разрушения отдельных слоев. Интерес к поведению слоистых композитов при низких уровнях напряжений не случаен, так как для создания надежных при длительной эксплуатации конструкций понимание процессов «частичного» разрушения (разрушения отдельных слоев при низких уровнях напряжений) не менее важно, чем оценка предельных напряжений для материала в целом.

Определение прочности производили методом разрушения отдельных зерен между вращающимися твердосплавными валками на установке ПАЗ, разработанной Украинским полиграфическим институтом (г. Львов). В установке предусмотрена автоматическая фиксация момента разрушения зерна и количества разрушенных зерен. Установка развивает усилия достаточные для разрушения синтетических алмазов всех марок, а также природных алмазов. Определяли прочность исходных, термообработанных и метал-

В волокнистых композициях матрица скрепляет волокна или другие упрочняющие элементы в единый монолит, защищая их от повреждений. Матрица является средой, передающей нагрузку на волокна, а в случае разрушения отдельных волокон перераспределяет напряжения. Кроме того, ее механические свойства опре-

При реализации указанного механизма разрушения формируется развитая щеповидная поверхность излома, образованная совокупностью зон разрушения отдельных волокон или их комплексов и зон разрушения по границе раздела компонентов; в этом случае область разрушения матрицы и волокна растянута вдоль оси образца. Композиционный материал в таком состоянии обладает оптимальными механическими свойствами, однако его ударная вязкость может быть несколько ниже, чем у материалов, полученных по режимам ниже оптимальных.

В основе разрушения отдельных молекулярных цепей лежит, по-видимому, термофлуктуационный механизм [77], причем некоторые разрушенные связи с течением времени восстанавливаются. Однако с ростом нагрузки количество актов разрушения оказывается превышающим число восстановлений, так что деструкция материала прогрессирует. Еще на ранних стадиях деформирования полимерных материалов в них появляются микротрещины [85, 90, 91 ], которые затем частично исчезают, а частично стабилизируются или развиваются в макротрещины. Механизм зарождения этих трещин в кристаллических зонах полимерных материалов должен быть подобен соответствующему механизму трещинообразования в кристаллитах металлов и сплавов.