Разрушение называется

Например, для нержавеющей аустенитной холоднотянутой стали 12Х18Н10Т [8] при симметричном цикле переменного нагружения с амплитудой упругопластичной деформации .0,005 (0,5 %) и частоте нагружения 50 1/мин получен график зависимости Ad/d = f(N) в виде, представленном на рис. 40, 41. Рентгеновский рефлекс при съемке записывался от семейства плоскостей (311) y-Fe. Виден стадийный характер изменения микррдеформа-ций кристаллической решетки металла, отражающий стадийность самого усталостного процесса. Разрушение наступает в данном случае после наработки образцом порядка 28 тысяч циклов нагружения, чему предшествует значительное повышение уровня мик-

В предыдущем разделе задача определения размеров поперечного сечения, обеспечивающих заданную надежность, рассматривалась в предположении "внезапного" механизма отказа, т.е. под мерой надежности понималась вероятность непревышения действующим напряжением несущей способности. Но очень часто характер действия нагрузок Таков, что разрушение наступает в результате постепенного накопления усталостных повреждений.

чике трещины развитой пластической зоны. Естественно, что проявление при деформировании пластичности дает основание на использование деформационных критериев разрушения, согласно которым разрушение наступает, когда какой-либо параметр (е), характеризующий поля деформаций, достигает критических (екр). Одним из таких параметров является перемещение кончика трещины или, так называемое, раскрытие трещины 8, критическое значение которого обозначают через 8С. Теоретическим обоснованием критерия 8 послужили модели Дагдейла, Барренблата, Оро-вана и др. Если протяженность пластической зоны сравнительно мала, то пластичность можно учитывать путем внесения поправки на длину трещины:

В противном случае целесообразно использование критерия Хана и др., согласно которому разрушение наступает, когда произведение окружного напряжения ае на поправку М достигает некоторого критического значения а», называемого напряжением пластического течения

В противоположность первым стадиям возникновения внутризеренных и межзеренных трещин, развивающихся в течение длительного времени, окончательное разрушение наступает внезапно и носит характер хрупкого излома. , - __ . ' '1 ,

При отсутствии трещины разрушение наступает при а = ог„ следовательно, fic/2 — 2f/o,,. Отсюда получаем критическое напряжение;

Для сварных соединений с радиусом перехода от швак основному металлу р -» 0 смещение свариваемых кромок представляют в виде разреза с углом р при вершине (см. рис. 1.13). В этом случае авторы работы /19/ воспользовались основными соотношениями механики разрушения, согласно которым разрушение наступает при достижении коэффициента интенсивности напряжений Kj критического значения Kj = К* (что аналогично для модели с трещиной, когда разрушение наступает при Kj = Кс). Критический коэффициент интенсивности напряжений КС(КИН) определяется по ГОСТ 25.506-85. Былиполучены следующие выражения:

Каждый из трех типов деформации характеризуется соответствующими критериями разрушения. Применимость того или иного критерия зависит от общей деформации, предшествующей разрушению. Области применимости критериев представлены заштрихованными зонами под диаграммой деформирования (рис. 3.2). Для первой зоны (до точки А) характерно однопараметрическое описание поля напряжений в вершине трещины. При этом для каждого из трех видов деформации параметрами являются коэффициенты интенсивности напряжений Kj, KH, Кщ. Разрушение наступает в момент достижения одного из параметров (или их комбинации) некоторого критического уровня, например, Kj = К1с, где К1с — критическое значение коэффициента интенсивности напряжений или вязкость разрушения для трещин нормального отрыва. При этом пластическая деформация в вершине трещины должна быть минимальной.

Испытания материалов позволяют определить опасные, или предельные, напряжения при какой-то простейшей деформации. Сложные виды деформации при механических испытаниях также можно осуществить, но в этом случае разрушение наступает при различных величинах силовых факторов в сечении и зависит от

Для сварных соединений с радиусом перехода от швак основному металлу р -> 0 смещение свариваемых кромок пред-ставляютввидеразрезасутломрпривершине(см. рис. 1.13). В этом случае авторы работы /19/ воспользовались основными соотношениями механики разрушения, согласно которым разрушение наступает при достижении коэффициента интенсивности напряжений Kj критического значения KI = К* (что аналогично для модели с трещиной, когда разрушение наступает при Кт = Кс). Критический коэффициент интенсивности напряжений КС(КИН) определяется по ГОСТ 25.506-85. Были получены следующие выражения:

Каждый из трех типов деформации характеризуется соответствующими критериями разрушения. Применимость того или иного критерия зависит от общей деформации, предшествующей разрушению. Области применимости критериев представлены заштрихованными зонами поддиаграммой деформирования (рис. 3.2). Для первой зоны (до точки А) характерно однопараметрическое описание поля напряжений в вершине трещины. При этом для каждого из трех видов деформации параметрами являются коэффициенты интенсивности напряжений Kt, Кп, Кш. Разрушение наступает в момент достижения одного из параметров (или их комбинации) некоторого критического уровня, например, Kj = К1с, где К1с — критическое значение коэффициента интенсивности напряжений или вязкость разрушения для трещин нормального отрыва. При этом пластическая деформация в вершине трещины должна быть минимальной.

В результате физико-хими1еских процессов, происходящих при взаимодействии металла с омывающей его средой, металл постепенно разрушается. Это разрушение называется коррозией.

В поведении металла после точки Z возможны два принципиально различных случая. Если после зарождения трещины ее распространение требует некоторой работы, TaiKoe разрушение 'называется вязким (вязкое разрушение), характеризуемое определенным видом излома (см. выше рис. 23,а) и тем, что /4Р^>0 (рис. 42,г). Если же в точке Z наблюдается срыв кривой, то Лр«0, что характеризует хрупкое разрушение (рис. 42,d и рис. 23,0). Возможен промежуточный случай — вначале вязкое, а потом хрупкое разрушение1.

Если металл при постоянном растягивающем напряжении в специфической коррозионной среде растрескивается сразу после нагружения или спустя определенное время, это разрушение называется коррозионным растрескиванием под напряжением (КРН). Такое определение приложимо и к растрескиванию, вызываемому абсорбцией водорода, выделяющегося в процессе коррозионной реакции. Различие между этими двумя типами растрескивания обсуждается в гл. 7.

прочная .углеродистая сталь или мартенситная нержавеющая сталь, контактируя в напряженном состоянии с разбавленной серной или соляной кислотами, могут разрушаться за несколько минут. Это разрушение внешне напоминает КРН, с той разницей, что катодная поляризация не прекращает растрескивания. Напротив, аусте-нитная нержавеющая сталь в кипящем растворе хлорида магния при прочих равных условиях может быть полностью защищена от растрескивания катодной поляризацией. В течение нескольких часов разрушаются также винты из мартенситной стали с 12 % Сг (катод), контактирующие с алюминиевой кровлей (анод) во влажной атмосфере. Другой пример — наблюдаемое иногда растрескивание стальных пружин при травлении в серной кислоте или после нанесения гальванического покрытия. Если в кислоты добавлен каталитический яд, способствующий проникновению водорода внутрь металлической решетки (например, соединения серы или мышьяка), процесс растрескивания интенсифицируется [49]. Когда ядом служит сероводород, разрушение называется сульфидным растрескиванием. На практике многие высокопрочные стали (например, углеродистые стали или стали с 9 % Ni) при напряжении разрушаются в течение нескольких дней или недель в пластовых водах нефтяных скважин [50] или природном газе [51 ], содержащих сероводород.

Деформация заклепки аналогична испытываемой при резке металла ножницами (рис. 2.45), т. е. поперечные сечения сдвигаются одно относительно другого, и поэтому говорят, что деталь работает на сдвиг. Если увеличивать действующие нагрузки вплоть до разрушения заклепок, то это разрушение называется срезом (рис. 2.46). Соответственно принято говорить о расчете деталей не на сдвиг, а на с р е з.

В поведении металла после точки Z возможны два принци-лиально различных случая. Если после зарождения трещины ее распространение требует некоторой работы, такое разрушение -называется вязким (вязкое разрушение), характеризуемое определенным видом излома (см. выше рис. 23,а) и те^я, что Лр>0 (рис. 42,е). Если же в точке Z наблюдается срыв кривой, то .Лр«0, что характеризует хрупкое разрушение (рис. 42,<9 и рис. 23,в). Возможен промежуточный случай — вначале вязкое, .а потом хрупкое разрушение1.

Разрушение при ударе происходит, когда в результате действия неустановившихся нагрузок в детали возникают такие напряжения или деформации, что деталь уже не в состоянии выполнить предназначенную ей функцию. Разрушение происходит в результате взаимодействия волн напряжений и деформаций, являющихся следствием динамического или внезапного приложения нагрузок. Взаимодействие волн может приводить к возникновению локальных напряжений и деформаций, во много раз превышающих возникающие при статическом приложении тех же самых нагрузок. Если величины напряжений и деформаций таковы, что происходит разделение детали на две или более частей, то налицо разрыв при ударе. Если удар приводит к возникновению недопустимых упругих или пластических деформаций, такое разрушение называется деформированием при ударе. Если при повторных ударах возникают циклические упругие деформации, в результате чего появляется сетка усталостных трещин, при росте которых наблюдается описанное ранее явление поверхностной усталости, то процесс называется ударным износом.

Если в результате малых относительных поперечных смещений двух поверхностей при ударе, которые могут вызываться поперечными деформациями или действием случайных малых боковых составляющих скоростей, лроисходит фреттинг (подробнее это явление будет описано ниже), то разрушение называется ударным фреттингом. Усталость при ударе наблюдается, когда разрушение происходит при повторном действии ударных нагрузок вследствие образования и распространения усталостных трещин.

Разрушение бывает либо хрупким, либо вязким. Хрупкое разрушение представляет собой очень быстрое распространение трещины после незначительной пластической деформации или вообще без нее. После начала роста трещины при хрупком поведении материала скорость ее распространения быстро возрастает от нуля до некоторой предельной величины, равной примерно трети скорости распространения звука в материале. В поликристаллических материалах разрушение происходит по плоскостям расщепления кристаллов, в результате чего поверхность разрушения получается зернистой из-за различия ориентации кристаллов и плоскостей их расщепления. Иногда хрупкое разрушение происходит в основном по границам зерен; такое разрушение называется межкристалли-ческим.

малых пластических деформациях или вообще при их отсутствии. Это разрушение называется статической усталостью и происходит в результате медленного роста субкритических трещин до критических размеров, определяемых напряжением, модулем упругости и поверхностной энергией разрушения в уравнении Гриффита. Следовательно, медленный рост трещин под действием напряжения является важным фактором, определяющим долговременную целостность твердого тела (его долговечность). На этот процесс большое влияние оказывает окружающая среда, в которой находится материал (например, влага в композициях с минеральными наполнителями). Поведение материала при медленном росте трещин удобнее всего описывать с помощью так называемых /Си-диаграмм — зависимостей коэффициента интенсивности напряжений К от скорости роста трещины v. В принципе, по этой диаграмме можно предсказывать долговечность конструкции при длительно действующих нагрузках. На рис. 2.26 показаны Ки-диаг-раммы для наполненных эпоксидных композиций, полученные с помощью релаксационного метода с использованием образца для двойного кручения [39]. Композиция содержала 46% (об.) нерегулярных кварцевых частиц со средним диаметром 70 мкм и испытывалась в различных средах. Данные, полученные на воздухе при 60%-ной относительной влажности, охватывают большую область скоростей роста трещины, по сравнению с данными, полученными в жидких средах. Для воздуха на ДЪ-диаграмме проявляется излом в области скоростей 10^4—10~5 м/с. Можно видеть, что при низких скоростях роста трещины К\ имеет наименьшие значения в воде и наибольшие — в парафине, что свидетельствует о резком влиянии воды на рост трещин. Рост трещин в кварце очень сильно зависит от присутствия воды и, по-видимому, поведение композиций, содержащих большое количество кварцевых частиц при малых скоростях роста трещин в решающей степени определяется наполнителем. Перелому на диаграмме соответствует также изменение топографии поверхности разрушения. При высоких скоростях роста трещины трудно различить наполнитель и матрицу на поверхности, что свидетельствует о равновероятном прохождении трещины и через матрицу, и через частицы наполнителя. При низких скоростях роста трещины поверхность разрушения более шероховатая, и частицы наполнителя выступают на ней. Если

носит внутризеренный (транскристаллический) характер. Такое разрушение называется вязким.