Разрушение основного

У металлов разрушение определяется в основном двумя процессами: разрывом межатомных связей за счет тепловых флуктуации и направленной диффузией. Первый процесс описывается уравнением (3.2). Нарушение сплошности металла с точки зрения диффузии происходит в результате диффузии вакансий к трещинам, т.е. роста трещин за счет притока вакансий.

Действительно, в соответствии с критерием Мизеса [1]в условиях плоской деформации напряжения в пластической зоне повышаются примерно в 3 раза. В то же время при плоском напряженном состоянии напряжения возрастают всего лишь в 1,15 раза. Из рис. 5.5 видно, почему при плоской деформации, когда реальный предел текучести в зоне процесса практически утраивается, разрушение происходит при значительно меньших значениях деформации, чем при плосконапряженном состоянии. Можно предположить, что если в условиях плоской деформации напряжения в зоне процесса в самом деле повышаются втрое, то тогда можно допустить, что в этом случае разрушение определяется только деформацией и можно попытаться определять вязкость разрушения только деформационным критерием.

к разрушению. Это позволяет предположить, что хрупкое разрушение определяется стадией зарождения трещины. Такое заключение подтверждается наблюдаемым иногда разрушением образца на три-четыре части, когда каждая из двух или трех одновременно возникших трещин приводит к полному разрушению.

Таким образом, при мягком нагружении разрушение определяется и уровнем "петельных" деформаций, и величиной односторонне накопленных деформаций.

Асимметрия цикла. Во многих случаях, кроме циклической составляющей напряжения, имеется статическая (постоянная) составляющая, т.е. нагружение происходит асимметрично. При возрастании статической составляющей напряжений циклические напряжения, приводящие металл к разрушению, снижаются, так как фактически разрушение определяется суммированием статических и циклических напряжений. Наиболее простой случай одновременного статического и циклического нагружения — наложение статического растяжения (или сжатия) при циклическом одноосном растяжении—сжатии. В этом случае напряжения алгебраически складываются и металл подвергается асимметричному растяжению-сжатию, пульсирующему растяжению или пульсирующему сжатию. На рис. 104, 105 представлены так называемые полные диаграммы усталости сплавов ВТЗ-1 и Ti—6 % AI—4 % V (типа сплава ВТ6) при различных температурах и различной концентрации напряжений (круговой надрез) [95 и др.]. Эти диаграммы представляют зависимость разрушающих циклических напряжений, которые уменьшаются при наложении возрастающего статического напряжения растяжения. Предельной точкой этих диаграмм является величина статического напряжения, равная пределу текучести материала, когда практически нулевые циклические напряжения могут привести к разрушению. Циклическая состав-

Отсутствие в изломе диска, испытанного в условиях, близких по напряженному состоянию материала к условиям эксплуатации участков межфазового разрушения материала, позволило полагать, что такое разрушение определяется не только условиями нагружения диска. Очевидно, имеет место сочетание определенных состояний материала дисков и условий их нагруясения, при которых трещина развивается по межфазовым границам и в изломе формируется фасеточный рельеф.

Равенства (7) — (10) выражают напряжения (деформации) в главных осях каждого слоя через результирующее усилие N, воздействующее, на слоистый материал. С учетом этих напряжений в критерии разрушения можно оценить прочность каждого слоя материала и определить запасы прочности, соответствующие принятому критерию. Если критерий разрушения формулируется через максимально допустимые напряжения (деформации), то «отрицательный запас прочности» некоторого слоя свидетельствует о нарушении сплошности материала и не обязательно соответствует его разрушению. Разрушение определяется предельными напряжениями для слоя. Нарушение сплошности материала связано с образованием трещин в связующем при растяжении слоя в поперечном направлении и приводит к изменению его термомеханических характеристик.

3. Параметры формы распределений прочности в случае, когда разрушение определяется разрывом волокон, по существу, сходны с параметрами образцов с продольным армированием. Этот же вывод относится и к разрушению, определяемому матрицей; в этом случае значения а сходны с результатами испытаний образцов с поперечным армированием (90°).

нию состава, что усложняет задачу, поскольку следует рассматривать еще две поверхности раздела. Для их описания необходимо-знать не только прочность реакционной зоны при растяжении, но-также и пределы прочности обеих поверхностей раздела при растяжении и сдвиге. Одна из этих поверхностей является границей между матрицей и продуктом реакции, другая — границей между продуктом реакции и волокном. Соответствующие пределы прочности при растяжении поверхностей раздела с матрицей и, с волокном можно обозначить аг-м и стг-в. На рис. 2 в качестве примера приведена микроструктура образца титан—бор, в котором поперечное разрушение определяется пределом прочности 0*м.

Перед механическими испытаниями на растяжение образцы (по три образца на каждый ;режим) отжигали при 1144 К в течение различных промежутков времени, чтобы обеспечить заданную толщину зоны взаимодействия на поверхности раздела. Результаты испытаний приведены в табл. 4. Вследствие химической реакции прочность уменьшается на 7% при толщине реакционной зоны 0,49 мкм; с ростом толщины зоны до 1,20 и 1,47 мкм прочность уменьшается соответственно на 10 и 15%. Отжиг при 1144 К в течение 10 ч приводит к неожиданному росту прочности. Однако данные по деформации разрушения волокон согласуются с данными для системы титан — бор и с выводами теории слабых поверхностей раздела. Деформация разрушения начинает снижаться, когда толщина реакционного слоя превышает 0,49 мкм (примерно то же наблюдается в системе титан —бор) и принимает постоянные значения (4,Зч-4,4) -10~3 в интервале толщин 1,20—1,47 мкм. Этот результат согласуется со значением 4,5-10~3, предсказанным Меткалфом [18] для случая, когда разрушение определяется разрушением силицида титана. Данные для двух наибольших толщин реакционного слоя свидетельствуют о том, что деформация разрушения продолжает уменьшаться. Кинетические характеристики

Анизотропия композита является следствием особенностей геометрии и особенностей термомеханических, деформативных и прочностных свойств компонент. Поэтому композит может иметь ряд плоскостей, в которых его свойства весьма низки и определяются в значительной степени микроструктурой. Местное разрушение происходит, как правило, по этим плоскостям. В ряде случаев такое разрушение смягчает концентрацию и уменьшает вероятность распространения трещины1), ведущей к разрушению. С другой стороны, появление ограниченных областей разрушения при низких уровнях напряжений не позволяет дать строгое определение тому, что же считать разрушением композита в целом. Поэтому анализировать разрушение композитов необходимо параллельно с позиций макро- и микромеханики. При использовании феноменологического подхода разрушение определяется по изменению макроповедения конструкции, проявляющемуся в виде потери устойчивости или исчерпания прочности. В микроподходе разрушением считают нарушение поверхности раздела волокно — матрица. Состояние разрушения наступает, когда около одного или группы микродефектов напряжения в волокне или матрице превышают соответствующие предельные значения.

В случае протекторных покрытий (например, цинковых, кадмиевых, а в определенных средах также алюминиевых и оловянных покрытий на стали) гальванический ток в электролите протекает таким образом, что металл катодно защищен (рис. 13.1, Ь). Коррозионное разрушение основного металла предотвращается до тех пор, пока протекает соответствующий ток и сохраняется электрический контакт с покрытием. Следовательно, степень пористости протекторных покрытий, в отличие от коррозионно-стойких, не имеет особого значения. Катодная защита в большинстве случаев обеспечивается тем дольше, чем толще покрытие.

является основной причиной разрушения лопаток при высоких температурах. На стыках границ зерен основного металла располагаются зерна инородных металлов или включений типа Me, MeO, МезОз (см. рис. 8). Граница, по которой может может идти разрушение основного металла, это сечение А - А (см. рис. 8, а). Это наглядно видно на примере литейного сплава ЖС6У. Горячая трещина, которая образовалась в процессе литья, расположена в местах стыка ребер спинки и корыта лопатки (см. рис. 8, б). Сплавы ЖС6У и ВЖЛ12У в литом металле состоят из равноосных зерен кристаллитов (см. рис. 8). Вторичная у'-фаза, состоящая из твердого раствора на основе интерметаллида М1зА1, NJ2T1, распределена по периметрам границ зерен (см. рис. 8, а).

2, Характеристики полного повреждения поверхностей^ Полное повреждение затрагивает всю поверхность или один ее участок, но в общем случае в результате разнообразных причин оно неравномерно поражает поверхность по глубине (рис. 23). Если это износ поверхности, то с различных участков удаляется неодинаковое количество материала, при сплошной коррозии разрушение основного материала также может быть различным по глубине, а при наростах характерно неравномерное налипание

Основное влияние на процесс изнашивания оказывают постоянное возникновение и нарушение фрикционных связей, имеющих двойственную молекулярно-механическую природу. В работе [93 ] дана классификация этих связей, где выделено пять основных видов в зависимости от характера взаимодействия материалов, когда имеет место упругое или пластическое оттеснение материала, микрорезание, разрушение окисных пленок или разрушение основного материала в результате адгезии (молекулярного взаимодействия, табл. 16). Износ связан с многократным нарушением фрикционных связей. Таким образом, I—III виды фрикционных связей возникают при механическом взаимодействии материалов микровыступов, IV — при механическом (уп-ругопластический контакт пленок) или молекулярном (схватывание пленок) и V вид—при молекулярном взаимодействиях.

Эти покрытия могли бы вызывать разрушение основного металла (рис. 1.17,6), что привело бы к образованию пузырей и отслаиванию покрытия (рис. 1.17, в), но имеется большое количество смягчающих факторов, аналогичных рассмотренным применительно к анодным покрытиям. Как и для анодных покрытий, характер окружающей среды имеет важное значение: воздействие коррозии при погружении в водную среду значительно сильнее, чем в атмосферных условиях. Сталь, имеющая недостаточно сплошное никелевое покрытие, ржавеет в порах, однако вред, наносимый при этом, будет меньше, чем при отсутствии покрытия. И катодные, и анодные покрытия изменяют действие коррозии в порах за счет таких факторов, как условия

1 — сталь М16с (ов = 447 МПа); 2 — сталь 14Г2АФ (ств = 551 МПа); 3 — сталь 13ХГМФ (ов == 712 МПа); светлые значки — квазистатическое разрушение основного металла; темные значки — усталостное разрушение сварного соединения

На сварных образцах из стали Х15Н9Ю в зоне термического влияния обнаружено интенсивное межкристаллитное разрушение, У сварных образцов из листов толщиной 10 мм наблюдалось усиленное разрушение основного материала на расстоянии 3— 5 мм от металла шва. На сварных образцах, подвергнутых термической обработке (нормализации при 950—975° С, обработке холодом и старению при 350—400° С), не обнаружено преимущественного разъедания в какой-либо зоне сварного соединения. Этот режим термической обработки обеспечивает также высокую коррозионную стойкость основного материала и совпадает с режимом, рекомендованным для получения высокой прочности стали марки Х15Н9Ю.

— 3-й вид разрушения: неожиданное разрушение основного материала (не шва); большей частью разрушения начинаются от сварного соединения (рис. 1.351).

— 3-й вид разрушения: неожиданное разрушение основного материала (не шва); большей частью разрушения начинаются от сварного соединения (рис. Г.351).

Эти покрытия могли бы вызывать разрушение основного металла (рис. 70,6), что привело бы к образованию пузырей и отслаиванию покрытия (рис. 70,е), но имеется большое количество смягчающих факторов, аналогичных рассмотренным применительно к анодным покрытиям. Как и для анодных покрытий, характер окружающей среды имеет важное значение.

Испытания показали, что сопротивляемость гидроэрозии у ти-танированных образцов в 10 раз выше, чем у нетитанированных в состоянии нормализации. Закалка с 840° С и последующий отпуск при 220° С повышают сопротивляемость струеударной эрозии титанированного слоя стали 45 в 7 раз по сравнению с тита-нированными образцами этой же стали, не подвергаемыми термической обработке. Изменение эрозионной стойкости опытных образцов после титанирования отражает зависимость на рис. 154, а. Начальный период струеударной эрозии титанированных образцов характеризуется очень медленным разрушением благодаря высокой твердости и прочности верхней зоны диффузионного слоя (рис. 154, б). Металлографические исследования микроэрозии верхней зоны титанированного слоя показывают, что разрушение начинается в местах возникновения мало заметных микроскопических трещин или в местах выкрашивания карбидов титана. Однако карбиды титана в верхней зоне диффузионного слоя имеют не только высокую твердость, но и большую вязкость, поэтому их выкрашивание при микроударном воздействии происходит редко. Сопротивляемость гидроэрозии титанированного слоя уменьшается по мере его разрушения. При переходе в зону основного металла разрушение прогрессирует так же как, и для нетитанированных образцов. На закаленных образцах из стали 45 титанированный слой при струеударной воздействии сохраняется дольше, и последующее разрушение основного металла разви-вивается медленно, как у сталей этого типа со структурой мартенсита после отпуска (см. рис. 154, б).