Разрушение начиналось

Характер разрушения материала от воздействия на него циклических нагрузок существенно отличается от характера разрушения при статических нагрузках. Разрушение начинается обычно с образования микротрещин, которые прогрессивно развиваются вглубь материала, уменьшая тем самым площадь поперечного сечения детали. Разрушение всегда происходит внезапно, после того как площадь сечения сократится настолько, что не может выдержать заданной нагрузки. На поверхности излома всегда можно видеть две характерные зоны: зону постепенного разрушения от развития трещин (с гладкой поверхностью) и зону внезапного разрушения (имеющую вид крупнозернистого хрупкого излома).

жения питтингом по аналогии с поведением этого сплава в морской воде, где разрушение начинается лишь через 2,5 года. Цинковые покрытия — весьма эффективные средства уменьшения общей коррозии стали и снижения скорости питтингооб-разования в почве. В испытаниях, продолжавшихся 10 лет, покрытие цинком (0,85 кг/м2) одной стороны образца защитило сталь от питтинга в 44 из 45 исследовавшихся грунтах; в мерседесском илистом суглинке (Батонвйл-лоу.штат Калифорния) на образце была обнаружена коррозия. В более поздних испытаниях, длившихся 13 лет, покрытие 0,95 кг/м2 эффективно снижало (но не предотвращало) коррозию даже в подзолистых почвах, где само цинковое покрытие разрушалось за 2 года. Имеются предположения, правда не полностью доказанные, что основными защитными свойствами обладает особый слой, образующийся между цинком и поверхностью стали при нанесении цинка горячим погружением (см. разд. 13.3.3). )Подзолистые почвы наиболее агрессивны. При 4— 5-летних испытаниях скорость коррозии стали и цинка в подзолах в 5 раз, меди в 8 раз и свинца в 20 раз превышала среднюю скорость коррозии в 13 различных грунтах.

Положительные эффекты при сварке с РТЦ проявляются и по интегральным показателям сопротивления коррозионно-механическому разрушению (рис. 3.12). При фиксированном номинальном напряжении долговечность сварных соединений, выполненных с принудительным охлаждением, примерно в 2-3 раза превышает долговечность сварных соединений, выполненных с предварительным нагревом. Образцы с поперечным швом в случае сварки с подогревом (см. рис. 3.12, а -линия 1) разрушаются преимущественно по линии сплавления с характерным для коррозионного растрескивания хрупким изломом, а при сварке с охлаждением (рис. 3.12, а - линия 2) по металлу шва, и разрушение вязкое. В образцах с продольным швом (см. рис. 3.12, б) разрушение начинается с участков подкалки ^т- Чем больше %т (сварка с подогревом на

Усталостное разрушение (выкрашивание) рабочих поверхностей зубьев — основной вид разрушения зубьев закрытых передач. Возникает под действием переменных контактных напряжений ан, вызывающих усталость материала зубьев. Обычно разрушение начинается вблизи полюсной линии на ножках зубьев, где возникает наибольшая сила трения, способствующая образованию микротрещин. При перекатывании зубьев масло запрессовывается в трещины и, находясь под большим внешним давлением, вызывает выкрашивание частиц металла (см. рис. 3.3). На поверхности зубьев образуются раковины (рис. 3.103, а), нарушающие условия возникновения сплошной масляной пленки, появляется металлический контакт, что приводит к быстрому износу и задиру зубьев.

Как правило, усталостное разрушение начинается с поверхности металлических материалов. Это связано с тем, что наиболее интенсивная пластическая деформация при усталости протекает в приповерхностных слоях глубиной порядка размера зерна. Поведение и состояние этого слоя определяет

При химическом воздействии границы зерен оказываются более активными и вследствие этого коррозионное разрушение начинается по границам зерен (это лежит в основе микроанализа металлов при изготовлении шлифов).

Усталостное разрушение начинается с накопления повреждений на границах зерен материала и образования на поверхности в месте концентрации напряжений микротрещины, не видимой невооруженным глазом. Со временем происходит развитие трещины и ослабление сечения. Трещина распространяется обычно в направлении, перпендикулярном линии действия наибольших нормальных напряжений. Когда прочность оставшейся (неповрежденной) части сечения становится недостаточной, происходит внезапное разрушение детали.

стороне, где от изгиба возникают наибольшие напряжения растяжения. Прямые короткие зубья выламываются полностью, а длинные, особенно косые, обламываются по косому сечению (рис. 8.27, а). Усталостную поломку предупреждают расчетом на прочность по напряжениям изгиба о> *, применением коррекции, а также увеличением точности изготовления и монтажа передачи. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев. Основной вид разрушения зубьев для большинства закрытых передач. Возникает вследствие действия повторно-переменных контактных напряжений ан (см. рис. 0.6). Разрушение начинается на ножке зуба в околополюсной зоне, где развивается наибольшая сила трения (см. § 8.9), способствующая пластическому течению металла и образованию микротрещин на поверхности зубьев (см. рис. 0.8). Развитию трещин способствует расклинива-

Во втором переходном интервале Тс—Т* разрушению предшествует более высокая пластическая деформация (см. рис. 5.16). Ширина интервала различна в разных сплавах. Так, в сплаве ВТАН-54 [433] она достигает более 800 °С, в то время как в сплаве МТАН [432] второй переходный интервал отсутствует вовсе. Разрушение начинается путем слияния пор, завершается сколом. Длина вязкой трещины также является температурно зависимой критической величиной в •соответствии с условием Гриффитса.

Двойственный характер влияния покрытия на разрушение образцов был отмечен в работах, осуществленных в Физико-механическом институте АН УССР им. Г. В. Карпенко [11, 56]. Малоцикловые испытания проводились на плоских образцах из технического железа сечением 1,5.Х2 и длиной 20 мм. Покрытия из порошков вольфрама, молибдена и никеля наносили на плазменной установке. В качестве схемы нагружения был выбран чистый изгиб. Часть образцов с покрытием подвергали диффузионному отжигу. У этих образцов наблюдалось наибольшее снижение малоцйкловой прочности, что объясняется образованием хрупких переходных слоев. Малоцикловая прочность образцов с плазменными тонкими покрытиями (без отжига) практически не отличается от таковой для контрольных (без покрытия). Результаты микроскопических исследований на поперечных шлифах показали, что усталостное разрушение начинается во всех случаях с поверхности образцов. Микротрещины зарождают-

Изучение закономерностей развития поверхностной локальной деформации имеет важное значение, так как при циклических испытаниях разрушение начинается с поверхности. На рис. 19 показано распределение деформаций по микроучасткам вдоль реперной линии после сжатия на 1 % (кривая 7) и'после растяжения на 1 % (кривая2), Т.е. после приобретения" образцом исходных размеров. Первое сжатие сопровождается появлением существенной микронеоднородной деформации. В некоторых локальных объемах образование сдвигов проходит настолько интенсивно, что деформация их в 3—5 раз превышает среднюю (кривая 7). Обратное деформирование также сопровождается локальной неоднородностью по отдельным микрообъемам. Из рис. 19 следует, что микрообласти, повышенно деформирующиеся в полуцикле сжатия, также энергично деформируются и в полуцикле растяжения. Это указы-

Морфологические особенности излома формируются при вязком внутризеренном разрушении как результат пластической деформации, развивающейся в зоне разрушения непосредственно в процессе образования несплошности. Увеличение интенсивности пластической деформации и расширение объемов, где она протекает, увеличивает затраты энергии на распространение трещины. Страгивание трещины от несплошности материала при внешнем воздействии будет зависеть не только от условий нагружения, но и от степени стеснения пластической деформации в вершине несплопшости. Исследования разрушения образцов из стали с пределом прочности 430-570 МПа при различных параметрах надреза круглого образца показали [36], что по мере изменения жесткости напряженного состояния меняется соотношение между размерами ямок на начальном этапе развития страгиваемой трещины. Испытаны на растяжение круглые образцы с разным диаметром (4r)min B минимальном сечении и радиусом надреза р в этом сечении. В случае острого надреза 0,2 мм начальное разрушение имело место у надреза, а с мягким радиусом более 1 мм разрушение начиналось в центральном сечении образца. При указанном остром надрезе ширина ямок 20-40 мкм у надреза и далее — 40-80 мкм, тогда как у мягкого радиуса ширина ямок составила 10-20 мкм. Жест-

Строение изломов исследованных дисков свидетельствует, что их разрушение начиналось в области МЦУ. При этом, как минимум, у диска с трещиной глубиной 7,5 мм материал имел состояние III и не обладал чувствительностью в форме цикла нагружения в малоцикловой области. На это указывает то, что при фактическом уровне рабочих напряжений, действующих в межпазовом выступе, таким размерам трещины отвечают значения мак-

ляющим, если вспомнить, что первое широкое применение композиты (намоточные стеклопластики) нашли в конструкциях оболочек с днищами, нагруженных внутренним давлением. Первыми оболочками были небольшие баллоны высокого давления, использованные в авиации. После этого последовало интенсивное развитие стеклоэпоксидных композиций и процесса намотки для изготовления оболочек ракетных двигателей на твердом топливе (см. работы [28] и [158]). Иа модельных и натурных оболочках давления было проведено много разрушающих испытаний по ракетной программе Polaris. Однако очень часто разрушение начиналось в местах нарушения сплошности, неизбежных в реальных оболочках; у законцовок, вырезов и т. д. В то же время распределение напряжений, особенно при двухосном напряженном состоянии, сильно зависит от формы меридиана оболочки и формы днищ. Таким образом, данных о свойствах материала при неодноосном напряженном состоянии из этих испытаний было получено мало.

Разрушение начиналось в углу, образованном пересечением мест соединения и обшивочным листом из боропластика, и распространялось в диагональном направлении через всю панель к противоположному месту крепления. Использование материала с рассмотренной структурой армирования без добавления слоев, ориен-

При статических испытаниях деталь нагружали при температуре 150° С до разрушения. Разрушение начиналось в сотовом заполнителе и затем приводило к локальному разрыву обшивки. Агрегат, подвергнутый усталостным испытаниям, выдержал 1200 эффективных летных часов при типовых для F-14 условиях нагру-жения и разрушился после 17 000 эффективных летных часов при нагрузках, увеличенных на 25%. Повреждений балансира не обнаружено.

В теории параметр 1С связан с местоположением зарождения трещины, но в спеченных сплавах его физический смысл неясен. В одном исследовании (рис. 23) [40] по весьма ограниченным данным показано, что когда разрушение начиналось в крупных

ло — эпоксид (объемная доля волокон 56 %) с двумя типами материалов матриц: хрупким и вязким. В хрупком композите разрушение начиналось от разрушения волокна при его растяжении, а электронно-сканирующая микрофотография показала, что волокна вытаскиваются из матрицы. В вязком композите разрушение начиналось в зоне сжатия балки в основном за счет пластических сжимающих деформаций матрицы. Экспериментальные результаты для двух материалов представлены на рис. 37. Приближенное значение сжимающего напряжения в матрице от при разрушении композита вычислялось по разрушающему напряжению композита ас при помощи соотношения

пряжениями, возникающими при сварке, невозможностью релаксации напряжений из-за общей жесткости конструкции, высоким содержанием водорода (1,8—2,5 см3 в 100 г), не полностью удаленного при обезводороживающем нагреве. Разрушение начиналось в детали со стороны наплавки, но очаг располагался под поверхностью (на глубине около 7 мм) и представлял собой вытянутую площадку длиной более 10 мм (см. рис. 38). В зоне термического влияния при сварке в структуре образуется карбидная сетка, вызывающая хрупкость материала и обнаруживаемая в изломе в виде участков хрупкого кристаллического строения; однако не она послужила очагом

ния кольцевого и продольных швов (рис. 40). В продолжении крупной трещины длиной около 100 мм при рассмотрении под бинокулярным микроскопом обнаруживаются небольшие трещинки. Все они расположены с одной стороны периметра фланца, что указывает на неравномерное распределение усилий затяжки. Разрушение прошло по неудачно сконструированному галтельному переходу (совпадение галтели с зоной сплавления), кроме того, отмечалось наличие грубых следов механической рбработки и содержание водорода, на порядок превышающее допустимое. Излом, расположенный на поверхности, нормальной к стенке детали, имел макрохрупкий характер, грубокристалличе-ское строение, с рубчиками, указывающими, что разрушение начиналось из многих очагов у внешней поверхности детали. Микростроение излома характерно для внутризеренного малопластичного разрушения и аналогично строению излома образца сплава ОТ4-1, испытанного на ЗР. О внутризеренном развитии разрушения свидетельствуют также .результаты микроструктурного анализа материала детали с мелкими трещинами. Сравнение фрактограммы эксплуатационного разрушения с оптической фрактограммой испытанного образца подтвердило возможность классифицировать эксплуатационное разрушение как замедленное.

В емкости из'титанового сплава ВТ14 обнаружено множественное разрушение (рис. 41) после ее транспортировки в контейнере и выдержки в течение длительного времени. Разрушение начиналось от сварных точек (рис. 41,а и б), имело хрупкий характер, на поверхности излома наблюдались следы постепенного развития трещины в виде шевронов. Разрушение могло быть усталостным под действием вибрационных нагрузок при транспортировке в контейнере. Микрофрактографический анализ с помощью оптического микроскопа показал сглаженный рельеф в виде плато вытянутой формы, похожий на усталостный. На электронных фрактограммах усталостных признаков обнаружено не было. На поверхности излома наблюдались хрупкие фасетки, присущие замедленному разрушению (рис. 41, в). На основании исследования сделан вывод о том, что замедленное разрушение произошло при вылеживании изделия. Замедленному разрушению способствовала система установки емкости в контейнере, при которой она касалась ложемента не по всей плоскости, а в нескольких участках, что вызвало действие изгибающих напряжений.

В детали из литейного никель-хромового сплава ВЖЛ12У разрушение начиналось с термоусталостной трещины (см. рис. 133), далее распространялось как чистоусталостное. Очаги термоусталостного разрушения располагались на значительном участке поверхности детали. Вблизи очагов при микроанализе •(X 670) наблюдались плоские площадки, очерченные по параболам, с вершинами, обращенными к поверхностным очагам, и нечеткие усталостные микрополоски.