Разрушения сравнительно

Отказы отмечались на магистральных газопроводах, имеющих температуру перекачиваемого продукта 10-60° С и номинальные расчетные кольцевые растягивающие напряжения в стенке трубы 0,45-0,65 предела текучести (стт). Причем, как правило, отсутствовала явная зависимость времени до разрушения от величины напряжения в стенке трубы. Минимальное время до разрушения составляет около пяти лет.

Квазихрупкий излом включает в себя характерные признаки вязкого и хрупкого разрушения и образуется возникновением макроскопической деформации, не превышающей 10-15%. Предельная деформация (относительное сужение кромок разрыва) вязкого разрушения составляет более 10-15%. Основной причиной вязкого разрушения является явление потери устойчивости (образование шейки) общей (макроскопической) или локальной пластической деформации (рис. 2.1). Как будет показано ниже, предельная равномерная деформация (до момента образования шейки) составляет около (0,6-1,0)п, где п - коэффициент деформационного упрочнения металла. Для многих сталей п = 0,1-0,4. Следовательно, вязкое разрушение трубопроводов и сосудов должно сопровождаться заметным утонением стенок (более 15%) вдали от разрыва при соот-

Пример 3. Определить ресурс сосуда с исходными данными примера 2, но работающего в условиях малоциклового нагружения при отнулевом цикле: Ртах = РР, Ртт = 0. Коэффициент концентрации напряжений ас=2,2. По данным механических испытаний относительное сужение образца на растяжение до разрушения составляет: \1/-0,55. По формуле (6.5) определяем коэффициент концентрации пластических деформаций: К?= 2,38.

В настоящее время различают многоцикловую и малоцикловую усталость. Согласно ГОСТ 23207 - 78 (Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения) многоцикловая усталость - это усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит в основном при упругом деформировании, а малоцикловая усталость - усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит при упруго-пластическом деформировании (по ГОСТ 25.502 - 79 "Методы испытаний па усталость" при малоцикловой усталости максимальная долговечность до разрушения составляет условное число 5'10 циклов).

ческой водородной усталости стшш с хермодиффузионным хромом, в то время как хромированная электролитическим способом сталь обнаруживает низкую стойкость в этих условиях. Проведенные исследования в среде сероводорода (рН = 4, 2) показали, что предел статической водородной усталости стали (на базе 200 ч испытаний) составляет для незащищенной стали 0,28, для хромированной термодиффузионным способом 0,55 от <тотр; при этом время до разрушения составляет (при аотн = = 0,7 аот ) 8,5 и 731 мин соответственно. Сталь, хре миров энная электролитическим методом, обнаруживает более низкую стойкость к статической водородной усталости, чем незащищенная сталь и сталь с термодиффузионным покрытием. Это связано с высокой растворимостью водорода в электролитическом хромовом покрытии. Об этом свидетельствуют данные по распределению водорода до и после термообработки в хромовом осадке и в стали (табл. 17), полученные при анализе электролитически хромированных образцов из стандартного электролита состава, г/л: СгО3 - 150, H2S04 - 15 при плотности тока 60 А/дм2 и температуре 328 К [17] .

разрушения составляет ттах = 0,510.!, а при нулевой вероятности разрушения гтах = 0,50.!. Таким образом, при малой вероятности разрушения наиболее правильно считать,- что ттах = 0,5(7 j.

Характеристики композита Т140А — 25%В после отжига различной продолжительности при 1144 К представлены в табл. 3. Волокна 'бора заметно упрочняют композит (предел текучести матрицы 37 кГ/мм2). Испытывали по три образца композита в одинаковых условиях, и разброс результатов был крайне мал. Для каждого значения продолжительности отжига приведены как абсолютные величины прочности при растяжении (в единицах кГ/мм2), так и относительные величины (отнесенные к прочности композита So, не подвергавшегося термической обработке). Прочность достигает первого, более низкого плато после отжига при 1144 К в течение 0,5 ч, а деформация разрушения волокон становится постоянной при меньшей продолжительности отжига. Для слоев диборида титана толщиной 0,7 мкм и более среднее значение нижнего предела деформации разрушения составляет 2,5Х Х10~3. Это значение и предсказывал Меткалф на основе характеристик диборида титана [18] (табл. 1).

вует разрушению при 811 К и отсутствует при более низких температурах испытания [28]. Меткалф и Шмитц [20] путем испытания волокон на ползучесть исследовали влияние продолжительности выдержки при 811 К на прочность. Исследование показало, что деформация разрушения составляет обычно 0,2% для напряжений в интервале 140—210 кГ/мм2 и что характеристики ползучести волокон при испытании в высоком вакууме и характеристики ползучести композитов титан — бор обнаруживают тесную корреляцию — во всяком случае, если испытание при 811 К продолжается до 100 ч. Согласно результатам испытания на растяжение при комнатной температуре композитов, предварительно подвергнутых 100-часовому испытанию на ползучесть, прочность композитов осталась практически неизменной (точнее, слегка увеличилась). Таким образом, если предотвратить взаимодействие волокон бора с атмосферой, их высокотемпературная прочность сохраняется, по меньшей мере, до 811 К-

На малых временных базах, когда время до разрушения составляет несколько десятков или сотен часов, наблюдается наибольшее рассеяние характеристик жаропрочности (см., например, рис. 3.1). Кроме того, при высоких напряжениях действуют, как правило, иные механизмы ползучести, чем при напряжениях, близких к рабочим. Поэтому при прогнозе на срок 100 000 ч и более результаты испытаний со временем до разрушения менее 500 ч необходимо исключать из рассмотрения при экстраполяции на заданный ресурс.

Износ как усталостное разрушение материала, усталостное в том смысле, что разрушение происходит в результате многих актов механического воздействия на данный микроучасток поверхности трения со стороны контртела, может происходить в условиях как упругого, так и пластического контакта. В первом случае имеет место усталостный процесс, при котором число циклов до разрушения составляет тысячи и больше. Во втором —• разрушение происходит в условиях так называемой малоцикловой усталости [49], когда число циклов до разрушения — десятки и больше. Оба эти процесса протекают во времени при циклическом нагружении микрообъемов материала и различаются уровнем возникающих напряжений и характером деформирования поверхностного слоя [50].

Кривая температурной зависимости работы разрушения при динамических испытаниях на разрыв образцов стали с 9 % Ni сходна с кривой для стали 13 Сг—19 Мл при 143 К, а затем при дальнейшем уменьшении температуры значения работы разрушения резко снижаются, а при 77 К ее величина составляет около 2/з значений для стали 13Сг— 19Мп. Температура, при которой величина работы разрушения составляет 1/2 максимального значения, равна 88 К, что на 20 К ниже температуры эксплуатации. Характер указанной зависимости для стали с 9 % Ni значительно отличается от стали 13Сг—19Мп, а также от температурных кривых работы разрушения ударных образцов Шарли этих сталей.

Малоцикловая усталость (или иначе повторно-статическое нагружение) характеризуется номинальными напряжениями, большими предела текучести; при каждом цикле нагружения возникает макроскопическая пластическая деформация; число циклов до разрушения сравнительно невелико.

деформация; число циклов до разрушения сравнительно невелико.

Малоцикловая усталость (иначе повторно-статическое нагру-жеппе) характеризуется номинальными напряжениями, большими предела текучести, при каждом цикле иагружения возникает макроскопическая пластическая деформация, число циклов до разрушения сравнительно невелико.

Температура существенно влияет на рельеф поверхности разрушения сколом [387]. Так, при низкой температуре, когда разрушению •ие предшествует заметная пластическая деформация, поверхность разрушения сравнительно гладкая, ступеней скола мало и их высота невелика. Скол у источника разрушения зеркально гладкий. При повышении температуры и соответственно пластичности металла рельеф

При использовании полимерных композиционных материалов в ответственных конструкциях приходится сталкиваться с необходимостью учета неупругих свойств, особенно в задачах о прогнозировании разрушения. Сравнительно недавно на специальном заседании Американского общества инженеров-механиков (ASME), Хьюстон, США, ноябрь 1975 г., была предпринята попытка дать обзор полученных результатов, указать области дальнейших исследований неупругих свойств композитов и методы их учета при решении конкретных задач. Семь обзорных докладов известных американских специалистов по механике композитов и составили единый по тематике сборник, перевод которого предлагается советскому читателю.

2. Водород. Формулировка гипотезы подобна предложенной для водных растворов. К тому же большинство доказательств являются вновь косвенными и многое взято из сравнения поверхностей разрушения. Сравнительно недавно опубликованы некоторые результаты «фрактографии при контролируемой анодной поляризации» для сплава Ti—5А1—2,5Sn[196]. Ненапряженные образцы были погружены в раствор метанол — НС1 в условиях без наложения потенциала и затем разрушены на воздухе. Наиболее характерным в этих результатах было выявление скола до меж-кристаллитного коррозионного поражения, который был отнесен к абсорбции водорода в процессе коррозии. Однако, в какой мере это наблюдение относится к области II роста трещин, неясно по следующим причинам: а) скорость абсорбции водорода, по-видимому, слишком мала для объяснения скорости роста трещины в области II); б) анодная поляризация предотвращает поглощение водорода [196], хотя обычно ускоряет рост трещин в области II (см. рис. 42); в) в работе [82] наблюдалось охрупчива-ние ненапряженных образцов после выдержки в парах метанола и последующего испытания на растяжение. Это охрупчивание, вероятно, можно отнести к абсорбции водорода. Однако, в отличие от приведенных выше результатов [196], наблюдаемый характер разрушения был полностью межкристаллитным.

Выполненные в последнее время работы [9, 10, 11] свидетельствуют о существовании 'взаимодействия между напряжениями различной величины (при случайном их чередовании), а также о существовании нижней границы повреждающих напряжений спектра, распространяющихся ниже исходного предела усталости. Авторы указанных выше работ экспериментально _ подтвердили справедливость предположения о том, что недогруз^ ки.в период развития трещины становятся активными и участвуют в накоплении повреждения. Следует ожидать, что дальнейшие исследования в этом направлении внесут коррективы в методику расчетов на усталость при нестационарных режимах нагружения в зависимости от способа ведения расчета (по критерию трещинообразования или по критерию разрушения). Вместе с тем работ, посвященных изучению кинетики усталостного разрушения, сравнительно немного, что, по-видимому, объясняется отсутствием надежной и доступной аппаратуры для наблюдения за ростом трещин усталости.

В ЦНИИТМАШе были спроектированы и построены специальные машины для испытания при симметричном изгибе крупных цилиндрических образцов, валов и осей диаметром 150— 250 мм (модель У-200, рис. 21) [1973 и крупных плоских образцов сечением 200X200 мм (модель УП-200, рис. 22), В этих машинах применен инерционный метод нагружения крупных образцов, использующий явление резонанса. При этом образцы весьма крупных сечений доводятся до разрушения сравнительно малыми усилиями (мощность приводных электродвигателей составляет 16 и 9 кВт).

Малоцикловая усталость (иначе повторно-статическое нагру-жеппе) характеризуется номинальными напряжениями, большими предела текучести, при каждом цикле нагружения возникает макроскопическая пластическая деформация, число циклов до разрушения сравнительно невелико.

и уменьшение их числа (рис. 5.11, в и 5.12, в) за счет перехода в раствор. При этом сильно изменяется степень искажения кристаллической решетки (рис. 5.11, а и 5.12, а): ширина линий (311) и (220) на дифрактограммах увеличивается. Однако распределение углерода при этой нагрузке остается вплоть до разрушения сравнительно равномерным как но телу, так и по границам зерен. Снижение амплитуды напряжения до 280 МПа (и тем самым уменьшение времени нагружения) приводит к резкому возрастанию размера частиц (рис. 5.11, а и 5.12, а) и незначительному уменьшению их числа. Причем углерод перераспределяется к границам зерен, тем самым охрупчивая их. Фрактографические исследования показывают, что при этом имеет место хрупкий излом, в то время как при 0а = 340 МПа излом был хрупко-вязким. Дальнейшее понижение амплитуды напряжения до 260 МПа приводит к тому, что размер частиц уменьшается, но возрастает их количество (рис. 5.11, в и 5.12, в) за счет выпадения углерода из раствора с образованием карбидов; полуширина рентгеновских .линий (311) и (220) уменьшается (рис."5.11, а и 5.12. а). При ам-