Разрушение элементов

При контактных давлениях, превышающих предел текучести исследуемого материала, периодический характер накопления пластической деформации, связанный с упрочнением и разрушением поверхностного слоя, сохраняется в широком диапазоне условий трения. Начальная стадия процесса изнашивания связана с образованием микротрещин. По мере роста числа воздействий инден-тора число микротрещин увеличивается, в результате чего отделяются частицы износа. Микротрещвны образуются тем быстрее, чем больше контактное давление. Таким образом, установлена общность механизма разрушения лри трении в условиях пластического контакта и при объемной малоцикловой усталости.

С периодическим разрушением поверхностного слоя и выходом на поверхность недеформированного материала связывается периодическое изменение величины блоков при испытании на износ металлов с железным покрытием (рис. 12) [78].

выявить их принципиально новый периодический характер, связанный с периодическим упрочнением и разрушением поверхностного слоя [76]. Дальнейшие работы в этой области [26, 76—78, 103, 107] показали зависимость периодичности структурных изменений и от внешних условий трения, и от исходного состояния материала. Это дало основание проводить исследования, направленные на количественную оценку периодичности структурных изменений и их связи с интенсивностью 'износа поверхностей трения.

нением и разрушением поверхностного слоя. Число циклов до разрушения по результатам трех методов исследования совпадает достаточно хорошо, что имеет большое значение для создания новых методов оценки износостойкости металлов и сплавов на базе количественного анализа закономерностей структурных изменений.

Влияние характера движения индентора. При возвратно-поступательном движении индентора сохраняется периодический характер накопления пластической деформации (рис. 45), но по сравнению с аналогичными условиями трения при движении индентора в одном направлении [116]j наблюдаются некоторые отличия. Увеличение ширины дифракционных линий (НО) и (220) a-Fe на начальной стадии процесса в первом случае происходит медленнее, чем во втором. Число циклов до разрушения по результатам рентгеновского анализа составляет 11, по результатам измерения микротвердости — 13, т. е. практически равно его значеникГпри движении индентора в одном направлении в аналогичных условиях трения. Однако процесс нарушения сплошности развивается более интенсивно. Об этом свидетельствует более полное снятие микронапряжений при установившемся значении величины блоков и вид поверхности образца, свидетельствующий о том, что разрушение охватывает значительный объем [116]. Определение интенсивности износа показало, что при возвратно-поступательном движении индентора отделение частиц износа происходит раньше, чем при движении индентора в одном направлении. Такое расхождение между закономерностями структурныхГизменений и разрушением поверхностного слоя стали 45 обусловлено'тем, что при возвратно-поступательном движении индентора* большое значение приобретают процессы разрушения, связанные с возникновением вакансий и ростом их плотности [1171, что не влияет на'ширину дифракционных линий, связанную только с плотностью дислокаций.

Таким образом, результаты исследований, проведенных на модели фрикционного контакта при трении скольжения показали, что периодический характер структурных изменений связан с периодическим упрочнением и разрушением поверхностного слоя. Количественная оценка закономерностей структурных изменений выявила общность уравнений, описывающих разрушение металлов и сплавов при объемной и фрикционной усталости, что дает основание рассматривать периодический характер структурных изменений как физическое подтверждение усталостной природы износа.

Общность представления об усталостном разрушении поверхностей трения, которое в последнее время распространяется и на такие виды изнашивания, как адгезионный износ [53] или износ под действием абразивных частиц [52], дает основание полагать, что имеет место и определенная общность характера структурных изменений при фрикционно-контактном воздействии. Это, например, подтверждается работой [122], где выявлено периодическое изменение микротвердости стальных поверхностей в процессе гидроабразивной обработки, которое авторы связывают с периодическим упрочнением и разрушением поверхностного слоя. Ниже приведены результаты исследования закономерностей структурных изменений при изнашивании металла в струе твердых сферических частиц. Теоретический анализ, выполненный в работе [123], свидетельствует об усталостной природе разрушения в этих условиях.

Периодический характер структурных изменений, впервые выявленный в работе [76], затем был зафиксирован в целом ряде работ для различных условий трения [26, 77, 78]. Большинство авторов связывают такой вид зависимости с периодическим разрушением поверхностного слоя и отмечают зависимость времени (числа циклов, пути трения), за которое материал проходит всю стадию от упрочнения до разрушения, от внешних условий трения. Проявление периодического характера процесса обнаружено по изменению микро- [76] и макронапряжений [77], электросопротивления [103], величины блоков [78], микротвердости [26, 122]. Соответственно и внешние характеристики трения, такие, как коэффициент трения и интенсивность износа, также могут периодически изменяться. Для тяжелых условий трения периодический характер изменения износа может быть выявлен обычным весовым методом [26, 136], для более легких режимов выявление периодического характера изменения силы трения стало возможным только путем прецизионных измерений [79]. Сказанное выше в равной степени относится как к основному материалу (большинство исследований выполнено на сталях), так и к пленкам вторичных структур, образующихся в процессе трения. При тяжелых режимах работы, связанных с повышением температуры на контакте (например, при нестационарном тепловом нагружении), наблюдается периодическое изменение структуры, обусловленное не только действием повторного циклического нагружения, но и циклическим изменением температуры трения, приводящим к фазовым превращениям на контакте, которые также носят циклический характер. В результате наблюдается четко выраженная периодичность изменения износа от числа торможения [136].

Наиболее характерным дефектом Л. т. являются поверхностные трещины, возникновение к-рых связано с образованием и последующим разрушением поверхностного хрупкого газонасыщенного слоя, неблагоприятными термомеханич. условиями при горячей прокатке, а также повышенными (между отжигами) обжатиями при холодной прокатке. Предотвращение обра-

Числа, количественно определяющие эффект воздействия на поверхность металла, называют числами твердости. Этот эффект в одних случаях связан лишь с упругой деформацией поверхности материала, в других — с пластической или упруго-пластической деформацией; наконец, существуют и такие методики, эффект воздействия в которых связан с разрушением поверхностного слоя в небольшой области. Имеется ряд определений понятия «твердость», но общим их недостатком является то, что они, хорошо отражая сущность одних методик, совершенно противоречат идеям других. Зтот недостаток почти не присущ вышеприведенному определению. Вопрос о термине «твердость» являлся предметом многих дискуссий.

Все это указывает на значительное повышение жесткости материала при воздействии повышенных температур. В процессе теплового старения прочность при изгибе (так же как и удельная ударная, вязкость) после упрочнения практически остается без изменения до конца испытаний в отличие от светотеплового старения, где после упрочнения наблюдается снижение прочности при изгибе, что связано с разрушением поверхностного слоя материала. Прочность при растяжении поликапролактама незначительно повышается во время теплового старения, а в процессе светотеплового старения снижается приблизительно на 20 % от исходной по тем же причинам, по которым происходит снижение удельной ударной вязкости и прочности при изгибе. Испытания, имитирующие атмосферное старение, следует проводить по методике ГОСТ 10226—62. Причем транспортные агрегаты рекомендуется испытывать в трех климатических зонах: умеренно-континентальные (Ленинград, район Среднеевропейской части страны); континентальной (район Ферганы и Ташкента) и влажных субтропиков (район Батуми). В табл. 11 представлены температурные характеристики этих зон.

При плотности энергии в импульсе 20 ... 30 МВт/см2 и более (для алюминия) добавляется другой механизм возбуждения. Происходит унос (испарение) вещества с поверхности, и на ОК при этом действует реактивная сила. Амплитуда ультразвуковых колебаний быстро увеличивается и приближается к возбуждаемой ПЭП, но это сопровождается повреждением поверхности ОК, то есть разрушением поверхностного слоя.

Разрушение колец и тел качения. Из механических разрушений наиболее частым является скалывание бортов у роликоподшипников, связанное с перекосом колец. Значительно реже при больших динамических нагрузках наблюдается раздавливание колец шарикоподшипников, происходящее по дну желоба, или раздавливание шариков. При нормальной эксплуатации разрушение элементов подшипников не должно происходить.

Экспериментальные исследования сопротивления усталости показали, что разрушение элементов конструкций начинается в местах концентрации напряжений при эффективных максимальных напряжениях сттахэф, которые, как правило, несколько ниже расчетных максимальных напряжений атах для идеального упругого материала, т. е.

РАЗРУШЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ АВИАКОНСТРУКЦИЙ

Ш20 Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций. Синергетика в инженерных приложениях.— Уфа: Монография, 2003.— 803 с., ил. ISBN 5-94920-015-2

Разрушение элементов авиационных конструкций, как правило, сопровождается работой пластической деформации как на этапе зарождения,

БЕЗОПАСНОЕ УСТАЛОСТНОЕ РАЗРУШЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ АВИАКОНСТРУКЦИЙ

Рис. 25. Параллельное нагружение хрупких кубиков [39]: а — развитие разрушения от наиболее слабого элемента; 6 — раздельное разрушение элементов.

1 С последним нельзя согласиться, так как повышенные скорости обусловливают эрозионный износ материала, существенно стимулирующий также и коррозионные процессы (пример — разрушение элементов насосов). Прим. ред,

В начальный период, на ПГ имели место восемь случаев разгерметизации испарителей. В трех случаях разгерметизация приводила к большим течам воды в натрий и повреждению трубных пучков. Все отмеченные большие течи начинались с малых. Однако из-за инерционности систем контроля * течи (по наличию водорода в газовой полости) отключение ПГ при относительно больших течах осуществлялось по росту давления во втором контуре. При экспоненциальном нарастании течи, связанном как с саморазвитием ее, так и с быстрым повреждением соседних труб, запаздывание осушения ПГ приводило к поступлению в натрий больших количеств воды (от 300 до 800 кг) и значительному повреждению трубного пучка (от 40 до 120 труб). Следует отметить, что даже при таких крупных течах система защиты ПГ предотвратила разрушение элементов ПГ и натриевого контура.

иметь в виду при выборе структуры механизмов, потому что при относительном смещении опорных сечений и неправильной структуре механизмов возможно защемление в подвижных соединениях и, следовательно, появление дополнительных реакций в кинематических парах. Их величина может оказаться настолько большой, что в лучшем случае возникнет интенсивный износ трущихся поверхностей, а в худшем разрушение корпусных деталей, а также пластическая деформация или разрушение элементов рамы.

Разрушение элементов конструкции и быстрый износ цепных, соединительных и кулачковых муфт, цепей и т. п. объясняется наличием большого числа лишних связей и динамических возбудителей. На рис. 12 показана конструкция средней секции ведущего вала теребильного аппарата, соединяющейся с крайними секциями при помощи кулачковой муфты, изображенной на рис. 8, в. Как показано ранее, такого типа муфта может обеспечить только осевое смещение, поэтому в процессе работы она может вызвать появление дополнительных нагрузок в опорах. Левая опора вала должна иметь двустороннее осевое смещение сферического шарикового подшипника, что не обеспечено конструктивно.