Разрушением материала

одном месте образца появляется еле заметное на глаз сужение (шейка), которое становится все более и более заметным. Площадь сечения шейки быстро уменьшается и вскоре на этом месте происходит разрушение (рис. 2.92). С появлением шейки нагрузка начинает падать, поэтому и условные напряжения на участке DE падают, так как диаграмму строят без учета изменения площади сечения образца. Напряжение в точке Е диаграммы называют напряжением разрушения материала. Но это напряжение чисто условное. Истинное напряжение в момент разрушения значительно превосходит не только условное напряжение, но и предел прочности и равно отношению разрушающей нагрузки к площади сечения шейки.

фектоскопы имеют генераторы с более высоким напряжением. Отмеченное обстоятельство также указывает на неэффективность ударных генераторов. Отметим, что пьезокерамика типа ПКР выдерживает без пробоя и разрушения значительно большие напряженности ЕО, чем ЦТС-19.

Результаты исследований сульфидного растрескивания стали 45, проведенных в СредАзНИИГАЗе, показали (табл. 42), что в присутствии ингибитора И-1-А продолжительность времени до разрушения значительно увеличивается.

В работе [18] исследована комбинация вольфрамовой проволоки диаметром 0,003 дюйм с матрицей Инконел 600. Большинство экспериментов по длительной прочности проведено при 649 °С, а объемное содержание волокон было 7,17 и 27%. Вследствие ограниченного числа испытаний из этой работы можно извлечь лишь следующие полезные замечания: максимальные прочности на растяжение всех образцов (матрица и композит) остаются примерно одинаковыми, деформация разрушения уменьшается, а время до разрушения значительно увеличивается с ростом доли армирования.

Наличие концентраторов напряжений в материалах, чувствительных к ним, может оказать значительное влияние на характер разрушения. Так, в штамповке из алюми-нивого сплава АК4-1Т1 разрушение в образцах с надрезом и без надреза менялось следующим образом: при температуре 175°С в обоих случаях оно было полностью внутри-зеренное, более пластичное в надрезанных образцах; при 250°С в изломе гладких образцов наблюдалась значительная доля межзеренного разрушения, в надрезанных образцах межзеренного разрушения значительно меньше (рис. 60). Независимо от температуры испытания (150, 175, 250°С) в образцах с надрезом локальная пластичность при разрушении была выше, чем в образцах без надреза. Малое сопротивление возникновению разрушения надрезанных образцов определило их малую долговечность (табл. 9).

Процесс пластической деформации и активизации металла поверхностных слоев резко интенсифицируется. С этим связано увеличение роли химического фактора взаимодействия активных локальных объемов металла с химически агрессивны- W ми компонентами среды. Обычный окислительный износ становится ярко выраженным, скорость разрушения значительно возрастает.

Результаты испытаний показали, что номинальные напряжения в момент хрупкого разрушения значительно меньше предела текучести соединения, излом хрупкий, остаточных пластических деформаций не обнаружено.

Результаты рентгеновского анализа показывают (рис. 39) [115], что (как и в случае трения без смазки) изменение ширины линии (220) a-Fe носит периодический характер, а линии (НО) — характер кривой с «насыщением», что соответствует периодическому характеру изменения остаточной упругой деформации решетки при стабилизированном значении величины блоков. Таким образом, процесс разрушения поверхностного слоя при трении со смазкой мощно объяснить с тех же позиций, что и при сухом трении. Однако его количественные характеристики существенно отличаются. Зависимость числа циклов до разрушения от нагрузки аналогична зависимости при сухом трении (см. рис. 29), но смазка способствует замедлению процесса разрушения, что хорошо согласуется с ее влиянием на интенсивность износа металлов и сплавов. Влияние смазки обусловлено тем, что, не устраняя действия нагрузки на поверхность, она выравнивает ее, заполняя впадины между неровностями. Кроме того, смазка способствует уменьшению растягивающего напряжения, ответственного за разрушение. Однако число циклов до разрушения значительно не возрастает. Так, при нагрузке на индентор Р = 6 кгс число циклов до разрушения при сухом трении равно 19, при трении со смазкой — 24, а при нагрузке Р = 30 кгс — 7 и 10 соответственно.

В общем, разрушение металла в условиях коррозионно-ус-талостного нагружения обусловлено? как механическим фактором, так и адсорбционным, и коррозионно-электрохимическим воздействием среды. При многоцикловой усталости коррозион-но-электрохимическое воздействие среды весьма значительно. При маловдкловой усталости, когда нагрузки на материал выше, а время до разрушения - значительно меньше, определяющую роль играют факторы сугубо механические и адсорбционные, а коррозионно-электрохимическое воздействие среды отходит на второй план.

Работа разрушения композиционных материалов. Работа разрушения является важной инженерной характеристикой, во многом определяющей пригодность материалов для изготовления из них деталей и конструкций. Для волокнистых композиций общая работа разрушения значительно больше суммы работ разрушения составляющих с учетом их объемных долей. Это связано с тем, что при разрушении волокнистых композиций существуют специфические механизмы рассеяния энергии, такие как вытягивание волокон из своих гнезд и связанная с этим работа GBB, разрушение связи по поверхности раздела волокно — матрица. Последний процесс также связан с затратой энергии Gpc. В случае пластичных матриц, например металлических, большой вклад в работу разрушения композиций вносит работа пластической деформации GM. Таким образом, общая работа разрушения композиции будет состоять из трех слагаемых:

Процесс пластической деформации и активизации металла поверхностных слоев резко интенсифицируется. С этим связано увеличение роли химического фактора взаимодействия активных локальных объемов металла с химически агрессивными компонентами среды. Обычный окислительный износ становится ярко выраженным, скорость разрушения значительно возрастает.

Рис. 1.15. Диаграммы (а) циклического разрушения материалов и (б) относительной их живучести по стадиям: I — необратимой повреждаемости; II — зарождения трещины; III — роста трещины; IV — полной долговечности, связанной с разрушением материала; V — повторно-статическим разрушением; [27]; (в) зависимость относительного периода зарождения усталостной трещины N; / NfOT размаха напряжений, До, в образцах из алюминиевого сплава 2024-ТЗ для длины распространения трещины 0-15 мм при различных радиусах р в вершине концентратора глубиной h [26]; (г) рассеяние экспериментальных данных по зависимости длины усталостной трещины от числа циклов нагружения стальных образцов (С — 0,21; Сг — 0,21; Мп - 0,47; Си - 0,21; Сг - 0,09 %) при двух уровнях напряжения [97]

Рис. 3.16. Схема (а) распространения усталостной трещины вдоль всего ее фронта путем первоначального образования мезо-туннелей и последующим разрушением материала (с запаздыванием по времени) в перемычках между туннелями [82] и (б) особенности геометрии фронта трещины в образце из титанового сплава [85]

Выявленная последовательность сигналов АЭ в цикле нагружения, а также учет эффекта ротационной пластической деформации приводят к рассмотрению формирования усталостных бороздок не в полуцикле восходящей ветви нагрузки, а в полуцикле нисходящей ветви нагрузки. Накопленная энергия упругой деформации в большей части объема материала при максимальном раскрытии берегов трещины стремится закрыть трещину после перехода к полуциклу снижения нагрузки. Этому препятствует зона пластической деформации, размеры которой существенно возрастают в полуцикле растяжения (восходящая ветвь нагружения). Действие сжимающих сил при разгрузке образца стремится нарушить устойчивость слоя материала перед вершиной трещины в районе зоны пластической деформации, и это приводит к возникновению дислокационной трещины (см. рис. 3.26), а далее и к созданию свободной поверхности. Происходит "отслаивание" пластически деформированной зоны с наиболее интенсивным наклепом материала от остальной части зоны. При этом в случае существенного возрастания объема зоны в связи с возрастанием скорости роста усталостной трещины "отслаивание" характеризуется разрушением материала не по одной, а по нескольким дислокационным трещинам, что характеризуется формированием более мелких бороздок на фоне крупной усталостной бороздки.

может только произойти (и происходит) разрушение материала у поверхности под действием компоненты Кт. Величина скоса после перегрузки уменьшается в направлении роста трещины. Чтобы это реализовать, формируемая плоскость разворачивается и по своей ориентировке в пространстве все более приближается к плоскости излома в срединной части образца. В этой плоскости фронт трещины нагружен сжимающими напряжениями, и разрушение материала в пределах скосов от пластической деформации происходит с замедлением. Влияние сдвиговой компоненты уменьшается в связи с разрушением материала и продвижением трещины, а влияние закрытия трещины от компоненты KI нарастает по мере того, как плоскость трещины становится все более близкой к плоскости, расположенной перпендикулярно оси сжимающего напряжения, и тем значительнее оно влияет на снижение темпов роста трещины. Амплитуда взаимного перемещения поверхности скосов от пластической деформации постепенно уменьшается, и возникает явление схватывания. Вот почему после перемещения точки фронта трещины на значительное расстояние после перегрузки по поверхности имеет место прекращение этого перемещения — наблюдается остановка трещины. Первоначально быстрое продвижение трещины, наблюдаемое по поверхности пластины непосредственно после перегрузки, связано только с особенностями формирования скосов от пластической деформации.

Наблюдаемые эффекты переориентировки направления роста трещины у поверхности обусловлены разрушением материала в пределах скосов от пластической деформации. После прохождения трещиной границы зоны пластической деформации, созданной в момент перегрузки, происходит вторая переориентировка трещины в связи с возрастанием скосов от пластической деформации. Поэтому необходимо рассматривать в качестве длины задержки трещины отрезок Яд1з- Последующее движение трещины связано с попыткой материала как самоорганизующейся системы выровнять скорость трещины в соответствии с достигаемой длиной и соответствующей ей интенсивностью напряженного состояния и/или величиной коэффициента интенсивности напряжений.

След распространяющейся по поверхности детали усталостной трещины имеет криволинейную траекторию, что обусловлено сдвиговым разрушением материала у поверхности детали, приводящим к формированию скосов от пластической деформации (см. главы 3 и 6). Наиболее интенсивное формирование скосов от пластической деформации (СПД) происходит на мезоуровне II с переходом к нестабильному развитию трещины. Поверхность СПД ориентирована под углом 45° к поверхности детали и представляет собой поверхность наклонной усталостной трещины. Если на первой стадии роста трещины (микроскопический масштабный уровень) размер скосов мал и их влиянием на развитие трещин можно пренебречь, то на последующих этапах разрушения (мезоскопический масштабный уровень) пренебрегать влиянием СПД на процесс роста трещин нельзя. Использовать зону СПД в управлении кинетикой усталост-

Оценку длительности развития трещин в исследованных дисках проводили по представленному выше алгоритму (рис. 9.8) с учетом коэффициента ?пцн = 0,2 — пятикратного продвижения трещины в межпазовом выступе за один ПЦН. Поскольку у всех дисков в пределах зон, где наблюдался бороздчатый рельеф, разрушение материала было смешанным, то имеющееся при таких разрушениях несоответствие шага бороздок СРТ учитывалось коэффициентом kv/§ = 0,625. При расчетах этапы развития трещин с разрушением материала по границам фаз не рассматривались, так как при

Образец, имевший такую же ориентацию трещины, как и предыдущий образец, но испытывавшийся по треугольной форме цикла нагружения, разрушился более вязко. Строение излома предыдущего и анализируемого образцов было близким только у концентратора. Далее в направлении роста трещины ярко выраженных признаков тунне-лирования трещины с хрупким разрушением материала не наблюдалось.

В зоне III развитие разрушения в полотне диска характеризуется внутризеренным смешанным разрушением в результате скольжения и вязкого статического разрушения (см. рис. 10.7г). Наблюдаемый характер формирования вырожденных ямок свидетельствует о низкой работе разрушения статического проскальзывания. Первоначальное внутризеренное интенсивное скольжение практически полностью разупрочняет объем зерна, в результате чего в момент формирования свободной поверхности процесс порообразования ограничен потерей прочности и декогезией в плоскостях скольжения. Образование поверхности излома происходит преимущественно путем вскрытия или отсоединения объемов материала по зонам декоге-зии с одновременным низкопластичным разрушением материала по локальным зонам с сохранившейся когезивной прочностью путем формирования в них вырожденного ямочного рельефа. Такая ситуация отражает процесс разрушения, когда выдержка материала под нагрузкой сопровождается порообразованием (внутризеренно) и коалесцен-цией пор (рис. 10.8). За полет, длящийся десятки минут, продвижение трещины может быть реали-

ток III ступени турбины двигателя НК-8-2у показывают, что их разрушение имеет усталостный характер, инициированный первоначальным статическим разрушением материала лопатки по одному из крупных зерен или сразу по границам зерен у выходной кромки пера на расстоянии около 110-180 мм от подошвы замка. Усталостное развитие разрушения лопаток идет в течение 160-190 полетов самолета. Локализация разрушения лопатки с максимальной наработкой в пределах границ зерен материала без признаков его пластической деформации в других объемах пера лопатки указывает, что это разрушение явилось результатом исчерпания длительной прочности материала лопатки при ее эксплуатации и не связано с особенностями состояния материала, которые отвечают за высокий уровень остаточных напряжений. Некачественное проведение контроля лопаток в эксплуатации существующим методом не исключает пропуска лопаток с уже имеющимися трещинами таких размеров, что до проведения следующего контроля лопатка может обрываться в полете. Поэтому дальнейшая эксплуатация двигателя НК-8-2у с повреждающимися в эксплуатации лопатками III ступени должна быть осуществлена при более тщательном проведении контроля, эффективность которого подтверждена фактом многочисленного выявления трещин разных размеров. Длительность распространения трещин позволяет их выявлять в эксплуатации с существующей периодичностью контроля даже при однократном пропуске.

цами жесткости, включающими смешанные составляющие А1в, А%в, [В ] и Die, Z)26. Специальные схемы ориентации позволяют уменьшить число коэффициентов, а следовательно, и аналитические трудности. Подобранные соответствующим образом структуры могут обладать специальными видами ортотропии и изотропией в плоскости слоев, что справедливо, однако, только для упругих постоянных. В отличие от линейно-упругих однородных материалов в рассматриваемых слоистых структурах равномерному распределению деформаций по толщине в общем случае соответствует неравномерное распределение напряжений (рис. 4). Изменение жесткости при переходе от слоя к слою вызывает кусочно-постоянное распределение напряжений по толщине композиционного материала. Можно предположить, что появление трещин в слое при заданном уровне деформации может сопровождаться разрушением материала или вызывать изменение его податливости (т. е. диаграммы деформирования) без разрушения.