Разрушения возникают

2. Нестационарный неравновесный адиабатический рост трещины. Адиабатическое состояние разрушения возникает, если трещина развивается с такими скоростями, при которых не успевает произойти перенос тепла через границу некоторой зоны, содержащей трещину: если мала теплопроводность материала (неметаллы); если тело имеет относительно малые размеры при большом тепловом сопротивлении на границе тела.

Особый интерес к проблеме хрупкого разрушения возникает в связи со случаями внезапного разрушения ответственных конструкций, на поверхность которых нанесены хрупкие износостойкие покрытия. Для оценки надежности материалов с покрытиями необходимо экспериментальное определение их склонности к зарождению трещин, а также определение способности материалов противостоять процессу развития трещины или разрушению. Эти показатели объединяются в общее понятие — вязкость разрушения.

Основными источниками информации для указанных решений в части определения длительности роста усталостных трещин являются параметры кинетической кривой — показатель степени при коэффициенте интенсивности напряжения (КИН) и коэффициент пропорциональности при КИН. Интегрирование указанной выше зависимости требует использования, хотя бы в наиболее вероятной форме, уровня максимального напряжения и параметров нагружающего цикла. Применительно к реализованному в эксплуатации процессу разрушения материала параметры кинетической кривой оказываются неизвестными даже в наиболее упрощенном случае, когда рассматривается единственное уравнение Париса во всем диапазоне скоростей моделируемого или воспроизводимого роста трещин из анализа поверхности разрушения. Возникает проблема применения на практике тех или иных результатов экспериментальных исследований процесса усталостного разрушения металлов в лабораторных условиях к решению вопросов по определению длительности роста трещин и оценке уровня напряженности элементов конструкций на этапе развития разрушения.

Обычно, чем крупнее размер зерна, в котором образовался первичный очаг, тем больше его протяженность и тем сильнее снижается долговечность. Положительное влияние мелкозернистого поверхностного слоя на выносливость при комнатной температуре связано, очевидно, с тем, что очаг разрушения возникает на поверхности образца и представляет собой внутрикристаллический скол. При таких обстоятельствах уменьшение размера зерна играет положительную роль. При высокой температуре снижение верхнего уровня долговечности в образцах с мелкозернистым слоем связано с более интенсивным окислением и возникновением множественных дополнительных трещин по границам зерен (рис. 126).

Необходимость оценки степени повреждения, определения оставшегося запаса прочности и возможного срока службы детали до разрушения возникает при ремонте, выработке ресурса, после различных аварийных ситуаций. На каждую ответственную жизненно важную деталь заводится ее «история болезни» с данными анализов и результатами периодической проверки. Под оставшимся запасом прочности имеется в виду не только статически 154

Коррозионную усталость можно рассматривать как частный вид коррозии под напряжением. Этот вид разрушения возникает при одновременном воздействии на сталь агрессивной среды и механических переменно действующих нагрузок, вызывающих напряжение в металле. При этом коррозионные процессы сосредотачиваются и развиваются преимущественно на участках, имеющих концентрацию напряжений.

причин разрушения возникает изначальная неопределенность. В

Все это вынуждает конструкторов и расчетчиков более тщательно исследовать поведение материалов, внимательнее изучать особенности условий эксплуатации, добиваться лучшего понимания разнообразных видов механического разрушения. Возникает необходимость лучшего понимания особенности напряженно-деформированного состояния при динамическом нагружении в не-

Этот вид разрушения возникает в том случае, если изн: чально в некоторых участках расстояние между средними Л1 ниями облицовочных пластин вследствие дефектов ячеистс структуры сердцевины оказывается нестабильным. Напряжена в поверхностных слоях, которые возникают в результате прогибов, задаются эмпирической формулой:

В связи с тем, что во многих деталях машин в местах повышенной напряженности, в которых образуется очаг усталостного разрушения, возникает плоское (или объемное) напряженное состояние, необходимо! использовать условия прочности при сложном напряженном"состоянии для расчета на усталость [1, 14, 43, 57, 74, 76, 85, 86]. Условия прочности при переменных напряжениях аналогичны следующим условиям пластичности:

При времени, большем времени скрытого разрушения, возникает область разрушения (рис. 1.24). Граница этой области (фронт разрушения, в точках которого i) — 0) движется до тех пор, пока в некоторый момент времени (время полного разрушения) область разрушения не станет настолько большой, что произойдет полное разрушение. Определение времени полного разрушения требует исследования напряженно-деформированного состояния заготовки с учетом движения фронта разрушения и является задачей, значительно более сложной, чем определение времени скрытого разрушения. Однако решение ее не представляет интереса для расчета процессов формоизменения, так как уже обращение сплошности в нуль в наиболее напряженной точке в таких процессах недопустимо. Оценка повреждаемости должна производиться путем вычисления сплошности по (1.82) в опасной точке и*рценки ее, причем величины сплошности, не сильно отличающиеся от единицы, еще не говорят о безопасности заготовки, так как перед образованием фронта разрушения происходит интенсивное уменьшение сплошности [80].

Как правило, при использовании нелинейных определяющих соотношений компонентов композита и учете процессов структурного разрушения возникает необходимость организации итерационных вычислительных процедур для решения нелинейных задач каждого из этапов — с одной стороны, и согласования этапов в общей последовательности — с другой. При этом в процессе деформирования исходно макрооднородная область V становится макронеодн сродной, так как элементарные макрообъемы, выделенные вокруг различных точек, оказываются не одинаково нагруженными.

В практике исследования эксплуатационных разрушений помимо определения вида разрушения возникают и другие задачи. Они вытекают из требования проведения контроля над состоянием детали в эксплуатации и устранения несовершенств конструкции или изменения режимов ее работы. Эти стратегические задачи решаются в рамках количественной фрактографии. При количественных оценках силового и температурного нагружения элементов конструкций исходят из того, что изменение режима или условий внешнего воздействия приводит к изменению напряженного состояния материала в вершине трещины. Формирование того или иного параметра рельефа

Дальнейшее развитие поврежденное™ зависит в некоторой степени от типа образца. В образцах из однонаправленных композитов, полученных мокрой укладкой необработанных волокон в эпоксидную матрицу, поверхность разрушения нормальна линии действия нагрузки и содержит большое количество отдельных выпученных волокон. В случае обработанных волокон поверхность разрушения оказывается расположенной под некоторым углом к оси нагружения. В ортогонально армированных материалах обнаружено, что разрушения возникают также на поверхностях раздела слоев, и образец разрывается на части по этим поверхностям раздела. Образцы с поверхностно обработанными волокнами чаще содержат группы выпученных волокон, а не отдельные потерявшие устойчивость волокна.

Отметим, наконец, что все указанные источники увеличения работы разрушения возникают после достижения в композите предельного растягивающего напряжения, и по этой причине поль-зу^от них для создания надежных конструкций следует оценивать с осторожностью. Это отличает рассмотренные процессы от рассеяния энергии, происходящего при множественном разрушении, когда, как уже упоминалось выше, рассеяние энергии происходит в условиях роста нагрузки.

Вторая стадия — стадия ускоренного развития (ускорение заметно увеличивается) соответствует следующей зоне излома, в которой тонкие усталостные микрополоски превращаются в грубые (рис. 75, в). Это относительно широкие светлые полоски,, разделенные темными полосками и расположенные на более крупных плато. Ширина грубых усталостных полосок во второй зоне в алюминиевых сплавах достигает 3,5 мкм; в высокопрочных алюминиевых сплавах (типа В95) увеличение ширины .микрополосок происходит более интенсивно, чем в сплавах сред-непрочных (Д16Т,-АК4-1). Начало второй стадии часто совпадает с изменением ориентации поверхности разрушения. При увеличении электронного микроскопа в зоне излома, соответствующей второй стадии, .помимо усталостных линий выявляются отдельные разобщенные малые участки с ямочным рельефом. Зти отдельные очаги однократного разрушения возникают у крупных частиц избыточных фаз, неметаллических включений.

Сбросы в ходе разрушения возникают вследствие переброса главной трещины на другие поверхности путем срезов или разрушения мостиков, разделяющих эти трещины (рис. 5, а). Нарушение хода связано также с дисторсиями, имеющими место на поверхности образца вблизи фронта трещины (рис. 5, б). Развитие трещины сопровождается появлением боковых утяжек (рис. 5, в). Вторичные трещины возникают не только от главной трещины, они рассеяны (подобно островам) вблизи трещины и создают решетку трещин с различной ориентацией (рис. 5, г). С этим очень сложным развитием разрушения связаны пластические деформации такого же характера. Величина пластической зоны также изменяется скачкообразно по длине

• В соответствии с др. теориями, физич. природа процесса усталости отлична от природы статич. наклепа. Образование микроскопич. трещин при циклич. нагрузках рассматривается в этом случае как процесс постепенного ослабления межатомных связей и развития необратимых «повреждений» в определенных участках структуры (напр., на границах мозаичных блоков). Модель неоднородного упруго-пластич. деформирования конгломерата случайно ориентированных кристаллов послужила основой для теорий усталостного процесса как в детерминированной, так и в вероятностной трактовке. При напряжениях, не превосходящих предела текучести металла, усталостные процессы связаны лишь с явлениями местной пластич. деформации, не проявляющейся макроскопически, и рассматриваются как квазиупругие. Числа циклов, необходимые для усталостного разрушения при таких уровнях напряженности, измеряются сотнями тыс. и млн. При напряжениях, превосходящих предел текучести, явления усталости сопровождаются макроскопическими пластич. деформациями и рассматриваются как упруго-пластические. Число циклов, необходимое для разрушения в этой области, измеряется сотнями и тысячами. В зависимости от условий протекания процесс У. может также сопровождаться фазовыми превращениями в металлах. Так, при повышенных темп-pax происходит выделение и перераспределение упрочняющих фаз при переменном нагружении, что иногда приводит к ускоренному ослаблению границ зерен," и при длительной работе трещины усталостного разрушения возникают в этом случае на границах зерен. Физико-химич. превращения в структуре наблюдались i также и При -• комнатной темп-ре при циклич. напряжениях выше предела У. Стадия усталостного' разрушения, связанная с развитием трещины, возникает на разных этапах действия переменных напряжений. При большой структурной неоднородности, свойственной, например, чу гунам, в местах включений графита система микротрещин возникает задолго до развития магистральной трещины, приводящей - к окончательному усталостному разрушению. Для структурно более однородных металлов, напр, конструкционных сталей, образованию отдельных микро-, а потом макротрещин предшествуют длительно- накапливающиеся изменения, и трещины возникают на относительно поздних стадиях, развиваясь с нарастающей скоростью. ' :••-•.*.• :'• • :, . '.--. . :--

гальванич. покрытиях толщиной всего несколько мк в тех случаях, когда стальная деталь работает при темп-ре выше темп-ры расплавления покрытия; хрупкое разрушение гальванич. способом кадмированных болтов и др. резьбовых деталей происходит при нагреве их выше 321° (темп-pa плавления кадмия). Эти разрушения возникают как под действием рабочих напряжений, так и под влиянием напряжений, создаваемых предварительной затяжкой болтов при сборке. Для разрушения стальных деталей под действием расплавленных покрытий часто бывает достаточно внутренних напряжений, возникающих при правке деталей после термич. обработки или нанесении на их поверхность местных вмятин, забоин и клейм. Нек-рое уменьшение X. с. может быть достигнуто при нанесении электролитич. методом на поверхность стальной детали подслоя с более высокой темп-рой плавления, напр. меди.

Для каждого конкретного случая интерес представляет лишь одно из двух указанных предельных состояний. Если в материале до разрушения возникают заметные пластические деформации, то именно это возникновение будем считать предельным состоянием материала, тем более что отделить вязкое разрушение от течения часто вполне допустимо. Если же разрушение наступает без'предшествующих заметных пластических деформаций, то в качестве предельного состояния материала будем считать разрушение.

Положение зон разрушения определяется соотношением скоростей накопления повреждений в мембранной зоне образца или в зоне концентрации напряжений. В соответствии с характеристиками накопленных повреждений разрушения возникают либо в мембранной зоне (статическое, усталостное или смешанное), либо в зоне концентрации напряжений (усталостное).

В том случае, если сплав в данных условиях склонен к коррозионному растрескиванию, на кривых кинетических диаграмм усталостного разрушения возникают аномалии в виде вертикального плато (см. рис. 49, кривая 3). При этом уровень интенсивности напряжений в вершине трещины К „„ соответствует критическому значению К, „ . при котором на-

Свойства воды при высокой температуре и давлении [1,4], [1,5], [1,6], [1,7]. Поведение металлов в условиях воздействия на них воды при высокой температуре и давлении изучено еще недостаточно. Однако совершенно ясно, что процесс разрушения металлов в этих условиях является электрохимическим. Коррозия происходит в результате функционирования коррозионных пар различными видами деполяризации; при этом вторичные реакции коррозионного процесса могут существенно ослаблять его развитие и снижать скорость до вполне приемлемых размеров. Разрушения возникают вследствие функционирования как мйкропар, так и макропар — особенно в условиях контакта различных металлов в местах соприкосновения деталей реакторной установки и парогенератора. Интенсивность коррозии существенно зависит от электропроводности среды и разности потенциалов катодов и анодов коррозионной системы.