Разрушения снижается

Критерии оценки разрушения слоистого материала. За расчетный предел прочности принимается максимальное напряжение в слоистом материале, при котором еще не происходит механического разрушения. Его легко определить при испытании на растяжение; однако определение предела прочности на сжатие, например, для образца пз композита бор — эпоксидная смола весьма затруднительно. При разрушении плоского вырезанного образца могут расщепиться его концы. Если концы приклеены или зажаты, разрушение может произойти путем поперечного коробления. Если обеспечена достаточная опора в поперечном направлении, при разрушении образец может растрескаться вдоль по волокнам в результате эффекта Пуассона. Какой из этих способов разрушения соответствует реальному пределу прочности на сжатие, не очень понятно, так как в зависимости от методики испытаний величина прочности па сжатие колеблется от 14 000 до 32 000 кгс/см2.

Вероятность полного разрушения слоистого композита определяется по формуле цепи (23). При повышении напряжения G (а) быстро меняется от нуля до примерно единицы при малом увеличении а. Напряжение а, при котором G (а) достигает, скажем, величины G0 = 0,5, может быть выбрана в качестве напряжения разрушения слоистого композита. По формуле цепи получаем простое уравнение для определения прочности слоистого композита сгс:

Как было рассмотрено выше, для слоистых композитов, составленных из упрочняющих элементов с показателем распределения дефектов т, колеблющимся от 6 до 10, максимальная прочность достигается, когда число элементов измеряется только в сотнях* С увеличением размера за этот предел значения равномерно, но относительно медленно падают — грубо на 10% при увеличении размера вдвое. Как видно из табл. IV, для слоистых композитов с максимальной прочностью при докритическом росте трещины необходимо разрушение от 3 до 4 соседних элементов, чтобы началось неустойчивое разрушение. Для композитов с высококачественными элементами (т > 15) это число уменьшается до 2 соседних разрушенных элементов *). Предполагая, что эти критические длины трещин не меняются значительно с увеличением размера, можно вывести простое выражение для прочности слоистых композитов. Если для начала неустойчивого разрушения необходимо разрушение только трех соседних элементов в результате коррелированных статистических процессов, то вероятность разрушения слоистого композита, определяемая уравнением (30), упрощается;

*) Это основное положение эмпирического условия разрушения слоистых композитов Звебена и Розена [41], где в качестве критерия разрушения слоистого композита принято разрушение двух соседних упрочняющих элементов .

Определение предельных напряжений для слоистых композитов исходит, как правило, из информации о прочностных свойствах однонаправленного слоя. Есть все основания утверждать, что при современном состоянии технологии необходимым условием анализа процесса разрушения слоистого композита является предварительная оценка прочностных свойств однонаправленного композита. В то же время существуют очень убедительные данные, что это, условие не является достаточным. Напряженное состояние, однонаправленного слоя определяется действием трех главных напряжений (нормальных в направлении волокон и под углом' 9вр к ним, касательных в плоскости слоя), 'а также возникающими в композите напряжениями межслойного сдвига и нормальными напряжениями перпендикулярно плоскости слоев. Рассмотрим коротко соотношения между- прочностными свойствами слоя и свойствами составляющих его компонент.

Итак, рассмотрим инженерный подход, предложенный Ро-зеном и Цвебеном [2] и Цвебеном [39]2). К числу аспектов, явно не учитываемых при анализе разрушения слоистого

лого диаметра, таких, как Е-стекло, локальное изгибное стеснение деформаций у вершины трещины не может быть значительным и область разрушения все-таки распространяется параллельно волокнам с ориентацией 0°. Подобное явление хорошо иллюстрируется рис. 2.16 [46], на котором показан вид разрушения слоистого стеклопластика [Oc/90°]s после усталостного и последующего статического нагружений.

Рис. 3.7. Типичные виды разрушения слоистого композита. Вид / приводит к катастрофическому разрушению, вид 3 наиболее благоприятен.

Как и в большинстве методов построения предельных поверхностей слоистых композитов, считается, что разрушение локализовано в слое, для которого выполнен критерий прочности. После изменения упругих свойств разрушенного слоя в соответствии с его новым состоянием снова определяются эффективные значения матриц жесткости и податливости композита. Действующие на композит нагрузки теперь воспринимают слои, в которых предельное состояние еще не достигнуто. Процесс ступенчатого приложения нагрузки повторяется до разрушения слоистого композита в целом. Считают, как правило, что для полной потери несущей способности композитом достаточно, чтобы по крайней мере в двух слоях было достигнуто предельное напряжение (деформация) в направлении волокон.

где 8i,2u и е6« = YIZ« — предельные нормальные (при растяжении или сжатии) и сдвиговые деформации. При nit = 1 уравнение (4.25) преобразуется в критерий максимальной энергии деформации линейно упругого изотропного материала. После достижения в слое предельного состояния нагрузка, приложенная к слоистому композиту, в целом сохраняется, но слой считается разгруженным. Если предельное состояние в слое достигается в направлении поперек волокон или при сдвиге, считается, что разрушено полимерное связующее. Слой в этом случае сохраняет несущую способность только в направлении волокон, а воспринимаемая им доля остальных компонент напряжения перераспределяется между остальными слоями. Если предельное состояние достигается в направлении волокон, считается, что слой разрушается полностью. Перераспределение нагрузок с разрушенных слоев на неповрежденные при ступенчатом нагружении осуществляется путем присвоения модулям поврежденнных слоев отрицательных значений. После полной разгрузки поврежденного слоя от напряжений величины соответствующих модулей приравниваются нулю. Процесс перераспределения нагрузки между слоями при ступенчатом нагружении продолжается до полного разрушения слоистого композита в целом (определяется по виду матрицы жесткости [А]).

By и Шойблейн также предложили критерий разрушения слоистого композита в целом в виде тензорного полинома:

при потенциалах ниже — 1,1 В соответствует именно водородному растрескиванию [58]. К тому же при повышенной температуре стали разрушаются от КРН в воде быстрее, чем при комнатной; при водородном растрескивании (катодная поляризация), напротив, время до разрушения снижается по мере повышения температуры. Механическая обработка высокопрочных сталей повышает устойчивость к

Аналогичные явления известны для серебра. При нагревании на воздухе оно также растворяет кислород. Если затем нагревать его в водороде свыше 500 °С, в нем появляются пузыри или оно теряет пластичность. Механизм этого явления аналогичен механизму водородной болезни меди. Серебро, не содержащее кислорода, будучи выдержано при 850 °С в атмосфере водорода в течение 1 ч, не охрупчивается и не разрушается. Однако, если сразу за нагреванием в водороде следует нагревание на воздухе при той же температуре, потеря пластичности все же происходит, хотя и не столь значительная, как при нагревании в водороде серебра, содержащего О2 [49]. Часть растворенного водорода улетучивается прежде, чем в серебро продиффундирует кислород, поэтому степень разрушения снижается. Золото и платина не подвержены разрушению при нагревании в водороде, так как кислород в них практически не растворяется.

Так, результаты испытаний показали, что относительное удлинение образцов из углеродистой стали после выдержки в течение 90 ч в водном растворе, содержащем 5 % NaCl, 0,5 % СН3СООН и насыщенном H2S (рН = 3,5), в 5 раз ниже по сравнению с исходным, а число перегибов до разрушения снижается в 2,5 раза. Характеристики пластических свойств аналогичных стальных образцов, защищенных покрытием из ингибиро-ванной композиции ЛОМ, после выдержки в среде остались на уровне исходных образцов. Время до разрушения цилиндрических образцов без покрытия при напряжении, равном 0,8 от предела прочности на разрыв, составило 1,75 ч, а для образцов, покрытых ингибированной композицией, - 141 ч. При этом в 5,7 раза увеличивается время до разрушения 174

Влияние температуры на вязкость разрушения путем слияния пор до сих пор остается практически неизученным. Имеются многочисленные данные по изучению вязкости разрушения пластичных материалов, однако конкретных указаний о механизмах разрушения нет,. Можно полагать, что в этих случаях материалы разрушались слиянием пор, тогда влияние температуры на вязкость разрушения путем слияния пор состоит в ее повышении с понижением температуры [388]. В работе [384] указано, что для малоуглеродистой стали характерно» снижение вязкости разрушения в интервале температур пластичного-разрушения, причем при повышении температуры от 120 К до комнатной вязкость разрушения снижается более чем вдвое.

реакции (гл. 3) показывают, что толщина зоны взаимодействия 3,80 мкм соответствует началу образования диборида, а толщина •8,50 мим — значительной толщине слоя диборида. Если количество диборида значительно, деформация разрушения снижается до 2,5-10~3, и разрушение диборида, как и в полностью разупрочнен-ных композитах титан— бор, определяет процесс разрушения. С учетом малой деформации разрушения образцов, в которых толщина зоны взаимодействия велика, высокая прочность композитов, отожженных в течение 10 ч при 1144 К, является неожиданной. Модули упругости образцов, отожженных в течение 10 и 100 ч, значительно выше, чем у образцов после менее продолжительного отжига. Возможное объяснение этого заключается в том, что при связывании кремния в силицидах титана углерод, входивший в карбид кремния, насыщает матрицу; это явление, наблюдавшееся Рэтлиффом и Пауэллом [27], было рассмотрено в гл. 3. С данной точки зрения количество и состав продуктов реакции могут весьма сильно зависеть от объемной .доли волокон, состава матрицы, соотношения между содержанием кремния и углерода в волокне и других факторов. Можно ожидать, что деформация разрушения полностью разупрочненных композитов меняется в зависимости от природы продукта реакции; действительно, опубликованные данные находятся в диапазоне (3-f-3,4) • 10~3. Об упрочнении титановой матрицы при растворении углерода сообщали Шмитц и др. [32].

Максимальная вязкость разрушения сплава достигается при содержании углерода ~ 0,006 %, однако заданное значение вязкости разрушения, равное 220 МПа-м1/2, обеспечивается при его содержаниях в интервале 0,004—0,06%. Величина заданного предела текучести, равная 1,4 ГПа, достигается в сплаве только при максимальном содержании углерода, равном 0,18%, и отожженном при 958 К. Однако при таком содержании углерода вязкость разрушения снижается до 60 МПа-м1/2. Учитывая, что при увеличении содержания углерода от 0,01 до 0,02 % наблюдается резкое снижение вязкости разрушения и прочности, оптимальным составом из сплавов исследованной серии признан сплав Fe—12Ni—0,5А1 с содержанием углерода, равным 0,015 %. При таком составе после отжига при 958 К обеспечивается вязкость разрушения, равная 220 МПа-м1/2, при пределе текучести, равном 1,1 ГПа.

Действительно, в тех случаях, когда материал сплава Inconel X750, изготовленный по разным технологическим вариантам, подвергали закалке и двухступенчатому старению, при значениях размаха коэффициента интенсивности напряжений свыше 44 МПа-м1/2 с повышением вязкости разрушения снижается СРТУ. Такое поведение согласуется с результатами исследования сплава Inconel X750 [14], в котором обнаружены цепочки карбидов по границам зерен в материале ВИ+ВД, отсутствующие в материалах ВД или ВИ. Поскольку эти карбиды являются участками облегченного зарождения и последующего развития трещины, трещины возникают при более низких уровнях напряжений и распространяются по границам зерен, встречая незначительное сопротивление. Поэтому не только снижается вяз-

Покрытия из полиэтилена высокой плотности (П-4070, П-4040) снижают долговечность стали 08кп при малоцикловой усталости (Бейдер Э.Я. и др. [184, с. 106, 108]). Так при амплитуде пластической деформации е = 1,7 % в зависимости от режима получения покрытия количество циклов до разрушения снижается на 10—40 %, в 3 %-ном растворе NaCI — до 30 %. Еще более отрицательно полиэтиленовое покрытие сказывается на долговечности образцов в воздухе и в коррозионной среде при повышении амплитуды циклической деформации до 5 %. Предполагают, что в

численных расчетов показывают, что при высоких значениях энтальпии торможения 1е относительный вклад различных процессов взаимодействия углерода со стеклом в эффективность разрушения снижается, уступая тепловому эффекту вдува. Это связано с тем, что во всех рассмотренных моделях разрушения доля испарившегося материала стремится к единице. Прежде всего именно этим стеклопластики отличаются от

Процесс циклической термической деформации стали 12Х18Н10Т с амплитудой цикла е = 0,75% и температурой 600— 300° С характеризуется более высокой средней температурой цикла и на порядок превышающим временем пребывания образца при этой температуре, чем в режиме термоциклирования с температурой 600—100° С. В этом случае доля диффузионных процессов при циклической нагрузке значительно возрастает. На первом этапе циклирования происходит упрочнение тела зерна. С увеличением числа циклов дефекты по границам зерен развиваются более интенсивно, чем в испытаниях с высокой амплитудой, предварительной термоциклической нагрузки, что обусловливает смешанный характер разрушений. При последующем увеличении числа предварительных циклов время до разрушения сокращается более интенсивно, поскольку циклическая деформация с амплитудой е = 0,75% оказывает более существенное влияние на состояние границ зерен. В случае N = О.вЛ^р время до разрушения снижается вдвое по сравнению с исходным, чего не наблюдали в случае предварительного циклирования с большой амплитудой нагрузки.

О склонности сталей к коррозионному растрескиванию судят по зависимо сти времени до растрескивания тр от величины приложенных растягиваюшш напряжений о [103, 116]. Существуют различные зависимости, связываюшш Тр и о, имеющие в большинстве эмпирический характер [103, 116—118]. В об щем эти эмпирические зависимости имеют экспоненциальный, либо степенно! характер. Типичная кривая коррозионного растрескивания приведена на рис. 30 С увеличением растягивающих напряжений для всех сталей, склонных к раст рескиванию, время до разрушения снижается. Основным качественным пока зателем коррозионного растрескивания является тр при заданном уровне стягивающих напряжений.