Разрушение представляет

Разложение цементита водородом при атмосферном давлении в сталях может происходить и при температуре 300°С. Этот процесс идет с уменьшением объема, что приводит к дополнительным напряжениям на границах зерен. Толщина слоя, подвергающегося обезуглероживанию, существенно меняющему его свойства, уменьшается с увеличением процентного содержания углерода в сплаве. Так, при содержании углерода 1% толщина слоя, где еще может наблюдаться этот процесс, достигает 1,5 мм, а при содержании углерода 4% она уменьшается до 1 мм. Разрушение поверхностного слоя, насыщенного водородом, происходит в результате образования большого количества трещин по всей зоне деформирования металла.

В областях I и IV происходит электролитическая коррозия с образованием растворимых ионов железа. В области II образуются твердые продукты коррозии, которые могут оказывать защитное действие. Эту область можно назвать областью пассивации, обеспечиваемой поверхностным слоем. Некоторые вещества, имеющиеся в окружающей среде, например ионы хлора, и механические факторы могут вызвать местное разрушение поверхностного слоя. Это ведет к интенсивной местной коррозии типа сквозной (язвенной) и к коррозионному растрескиванию под напряжением. И наоборот, в некоторых пассивирующих кислотах, например азотной, серной и фосфорной, в пределах области I может иметься участок (заштрихованный на рис. 2.2), в котором материал покрывается чрезвычайно тонкими оксидными неравновесными слоями. Такая «химическая» пассивность в техническом отношении не отличается от пассивности, обеспечиваемой благодаря образованию поверхностного слоя. В обоих этих случаях скорость коррозии хотя и очень мала, но не обращается в нуль как в области III, соответствующей термодинамической устойчивости металла. Кроме того, сохраняется названная выше скрытая опасность поражения местной коррозией.

При удельной энергии удара до 5 Дж/см2 изнашивание протекает медленно, а при удельной энергии удара более 25 Дж/см2 происходит интенсивное разрушение поверхностного слоя. Выбор удельной энергии,удара в интервале 5—24 Дж/см2 необходим для сопоставления результатов испытания, полученных при ударно-абразивном изнашивании сталей.

а — окислительном обычном (/ — пленка окислов; 2 — разрушение пленки; 3 — пластически деформированный слой; 4 — основной металл); б — усталостном (5 — разрушение поверхностного слоя; 6 — усталостные трещины); в — смятении (7 — деформированная поверхность); г — схватывании второго рода — горячем задире (8 — налипший металл; 9 — слой вторичной закалки; 10 — слой отпуска); д — окислительном тонком (// — тонкая пленка окисла); е — схватывании первог® рода -—-холодном задире (12 — пластически деформированный и разрушенный слой); ж — окислительном интенсивном (13 — пленка окислов увеличенной толщины и предельного насыщения)

что свидетельствует о совпадении числа циклов до разрушения, зафиксированного двумя методами (рис. 31) [103], и правильности представлений о причинах, обусловливающих разрушение поверхностного слоя. Таким образом, интегральная информация об изменении состояния образца в процессе трения, полученная методом измерения электросопротивления, как качественно, так и количественно подтвердила характер накопления пластической деформации в поверхностных слоях стали 45, выявленный методами рентгеновского анализа. Следует отметить, что в отличие от ширины дифракционных линий электросопротивление очень чувствительно к нарушению сплошности материала. Любое уменьшение эффективного сечения образца (например, за счет образования микротрещин) приводит к увеличению электросопротивления. Некоторая тенденция к росту необратимой составляющей электросопротивления по мере роста числа воздействий индентора •свидетельствует о деструкции материала (см. рис. 30).

Влияние нормальной нагрузки. Из результатов, приведенных на рис. 29, следует, что разрушение поверхностного слоя происходит при небольшом числе воздействий индентора, поэтому может рассматриваться с позиций малоцикловой усталости. В области малоцикловой усталости разрушение металлов и сплавов описывается уравнением, связывающим величину действующей деформации с числом циклов до разрушения. Зависимость установив-

Проверка значимости отличия экспериментально полученного показателя степени 0,38 в уравнении (3.4) от 0,5 в уравнении (3.3) показала, что с доверительной вероятностью 90% это отличие не является систематическим, а вызвано действием случайных факторов. Таким образом, можно считать, что показатель степени 0,5 является единым как в уравнении объемной, так и в уравнении фрикционной усталости. Общность аналитических зависимостей, описывающих разрушение поверхностного слоя стали 45 при трении и при малоцикловой усталости, подтверждает общность механизма разрушения при фрикционной и объемной усталости [121].

110. Марченко Е. А., Ровинский Б. М., Харач Г. М. Влияние нагрузки на накопление пластической деформации и разрушение поверхностного слоя стали 45 при трении.— В кн.: Расчет и моделирование режима работы тормозных и фрикционных узлов. М., «Наука», 1974.

Коррозия в газовой среде при высоких температурах. Коррозионное разрушение поверхностного слоя металлов и сплавов при эксплуатации машин и оборудования при высоких температурах в газовых средах наносит большой ущерб. Потери металла неизбежны как при холодной пластической обработке, так и при термической обработке. Газовая коррозия поражает не только поверхность металла, но может проникнуть и вглубь (например, обезуглероживание, сульфидная и водородная коррозия).

На основании многолетного опыта НИИхиммаша по ультразвуковому контролю различных материалов и изделий из них можно было предполагать, что этот метод можно использовать для обнаружения и определения глубины МКК. Исследования подтвердили это предположение [102, 118, 123]. Разрушение поверхностного слоя металла МКК вызывает рассеяние ультразвуковых поверхностных и сдвиговых (поперечных) волн, при этом степень их рассеяния зависит от глубины проникновения межкристаллитной коррозии в металл. Для контроля МКК можно использовать импульсный ультразвуковой прибор с частотой УЗК от 0,7 до 5—10 МГц. Наиболее пригодным для этой цели является ультразвуковой структурный анализатор ДСК-1. Контроль производят наклонными призматическими искателями, посылающими в металл поверхностные или сдвиговые ультразвуковые волны.

При трении поверхностей в условиях гидродинамического режима смазки нормальная нагрузка передается через слой смазки. Обеспечение устойчивого смазочного слоя, способного нести на.-грузку, является оптимальным решением задачи повышения механического к. п. д. и снижения износа сопряженных деталей. При разделении трущихся деталей слоем смазки износ деталей все же возможен. Разрушение поверхностного слоя происходит при попадании в контакт твердых частиц, превышающих по размеру толщину смазочного слоя, а также при местных разрывах масляной пленки вершинами микронеровностей сопряженных поверхностей. Тонкие слои смазки, разделяющие трущиеся поверхности, препятствуют молекулярному взаимодействию материалов, что резко снижает силы трения. Защитой от внешнего механического воздействия такие слои служить, конечно, не могут. Формирование этих защитных пленок является важной составной частью процесса изнашивания при граничной смазке.

До настоящего времени не установлена связь между критериями разрушения на различных масштабных уровнях. Это связано с тем, что разрушение представляет собой сложный процесс, зависящий от множества факторов.

Известно, что разрушение представляет собой сложный, многоступенчатый процесс, который начинается задолго до 'появления видимых трещин. Ввяду отсутствия единой теории процесса разрушении изучают различные закономерности этого явления на разных масштабных уровнях. Линейные масштабы явления разрушения проиллюстрированы на рис. 1.1. В пределах каждой масштабной области разрушение должно изучаться в соответствии с моделью, адекватно отражающей строение материала и учитывающей граничные условия со стороны как левых, так и правых соседних (по масштабной шкале) областей.

С другой стороны, разрушение представляет собой локальный процесс и при оценке прочности композита, основанной на такой идеализации материала, необходимо выполнение двух условий: (1) подтверждения в основных чертах физической картины разрушения и (2) формулировки критерия разрушения, который удовлетворяет требованиям математического анализа. Первое условие необходимо, если хотят сосредоточить основное внимание на локализованном разрушении у трещин и надрезов; второе требование должно способствовать анализу состояния технических конструкций.

Квазихрупкое разрушение представляет другой предельный случай, когда пластические деформации в макрообъемах материала, предшествующие разрушению, становятся очень незначительными — роль ослабления сил сцепления из-за разрыхления сводится к минимуму и можно полагать, что разрушение есть результат действия нормальных напряжений растяжения.

сти от того, какая ориентация решетки в зернах по отношению к внешней силе преобладает — та, которая способствует возникновению отрыва, либо та, которая характерна для возникновения пластической деформации 1). Из двух возможных реализуется одна схема разрушения в зависимости от того, какое из сопротивлений меньше — отрыву или срезу. В обоих случаях разрушение представляет собой усредненное проявление процесса разрушения зерен. В частности, разрушение от среза поликристаллического металла складывается из срезов отдельных зерен подобно тому, как пластическая деформация поликристаллического металла является следствием пластической деформации зерен, включая сюда изменение формы их границ. В общем срезе разрушение по границам-не ~^ь^ принимает участия. Напротив, в раз-

Усилия многих исследователей направлены на изучение прочности и процесса разрушения, а также на выяснение зависимости между характером разрушения и критериями разрушения. Характер разрушения сложный, поскольку разрушению подвергается не только матрица. При разрушении материалов, армированных волокнами, происходят разрушение волокон, их вытягивание, т. е. в целом разрушение представляет собой некоторую сложную комбинацию.

Время т разрыва при постоянной нагрузке образцов, изготовленных из одного материала, является случайной величиной (зависящей от случайных размеров и распределения элементарных дефектов в образцах материала), распределяющейся по некоторому вероятностному закону. Временная зависимость отражает внутренний механизм разрушения твердых тел, так как обусловлена тем, что само разрушение представляет собой развивающийся во времени процесс; уменьшению прочности нагруженного образца способствуют побочные процессы, вызываемые агрессивным действием среды, действием поверхностно-активных веществ. Для некоторых материалов (например, силикатного стекла) наблюдается существенное отклонение зависимости lgr = f(a) от линейной, что связано с действием атмосферной влаги — сильного поверхностно-активного вещества для этих материалов. Временная зависимость прочности силикатных стекол при испытаниях в обычных атмосферных условиях практически определяется влиянием атмосферной влаги.

Отличительной особенностью сварных соединений с механически необработанным швом является то, что разрушение представляет собой случайное сочетание трех параллельно развивающихся процессов: зарождение отдельных трещин на различных участках- инициаторах; их рост и появление новых трещин; объединение между собой трещин, расположенных на соседних участках. Чтобы учесть это, а также случайные колебания параметров, характеризующих коррозионную трещиностойкость металла, воспользуемся алгоритмом расчета на ЭВМ [162], основанным на методе статистического моделирования.

Наиболее общепринятой теорией прочности твердых тел является кинетическая концепция термофлуктуационного разрушения, разработанная С. Н. Журковым с сотрудниками. Разрушение представляет собой кинетический процесс разрыва химических ^свя-зей тепловыми флуктуациями. Повышение температуры и напряжения приводит к ускорению этого процесса, так как в этом случае понижается потенциальный энергетический барьер разрушения связей.

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.

Известно, что разрушение представляет собой сложный, многоступенчатый процесс, который начинается задолго до 'появления видимых трещпн. Бяяду отсутствия единой теории процесса разрушения изучают различные закономерности этого явления ил разных масштабных уровнях. Линейные масштабы явления разрушения проиллюстрированы на рис. 1.1. В пределах каждой масштабной области разрушение должно изучаться в соответствии с моделью, адекватно отражающей строение материала н учитывающей граничные условия со стороны как левых, так и нравы:; соседних (по масштабной шкале) областей.