Разрушение произойдет

При испытаниях на растяжение образцов из высокочистых алюминия, свинца, олова и галлия относительное сужение — 100 % без обра-зования пор и трещин. Разрушение происходило по типу «конус—конус».-•/:...•

Пониженная пластичность сплавов связана с применением в шихту металлов промышленной чистоты; хрупкое разрушение происходило по границам зерен. Увеличение красноломкости при повышении содержания алюминия связано, по-видимому, с уменьшением растворимости примесей в бронзе. Однако проведенные нами испытания литой бронзы с 7 % А1, приготовленной из особо чистых металлов, показали, что и при 400—500 °С эта бронза достаточно пластична: 6=41-ь42 %, \Ь= =37 %.

сдвига не разрушались; разрушение происходило от нормальных напряжений. Расчетные значения напряжений среза при этом составили 70 МПа.

Закономерности формирования излома титанового сплава ВТ-22 отражают разрушение стойки шасси самолета Ан-74, которое имело место в эксплуатации после весьма кратковременной наработки детали. В материале по поверхности детали на глубине около 1 мм располагался дефектный газонасыщенный "альфированный" слой с повышенной твердостью, что и привело к быстрому разрушению детали. Преимущественно разрушение прошло в материале квазихрупко, что привело к доминированию фасеточного рельефа, отражающего двухфазовую структуру титанового сплава. Дальнейшее разрушение происходило квазистати-чески с формированием межзеренного рельефа, по границам которого нарастал ямочный рельеф. Это масштабный макроскопический уровень процесса разрушения (рис. 5.8).

Влияние О2 на кинетику усталостных трещин в Ti-сплавах неоднозначно [82, 83]. В сплавах с 6 %-м содержанием А1 минимальная СРТ в области МНЦУ была получена при 0,18 %-м содержании О2, а в области МЦУ — при 0,16 %-м. Существенно, что при одинаковом содержании О2 в случае рекристаллизационного отжига нестабильное разрушение происходило при значениях КИН в 2 раза меньших, чем при стандартном отжиге.

из высокопрочной стали ЭИ-643 с пределом прочности 1850 МПа. Разрушение происходило в два этапа. Первоначально медленный процесс развития трещины был связан с формированием значительных продуктов окисления в виде плен и со смешанным процессом роста трещины по телу и по границам зерен наследственного аустенитного зерна. На втором этапе более быстрого подрастания трещины доминировал преимущественно межзеренный процесс роста трещины при едва заметных продуктах окисления. Распространение трещины произошло на значительную глубину, что свидетельствовало о распространении трещины при низком уровне максимального напряжения цикла. Поэтому в рассматриваемом случае преимущественная роль в развитии трещины была отведена процессу коррозии.

Помимо того, оказалось, что при повышении усталостной прочности лопатки в районе бобышек ее разрушение происходило с некоторым опережением по полке, а далее в районе бобышек или этот процесс развивался одновременно. То есть изменение геометрии изменило напряженность лопатки, и ее разрушение происходило при большей наработке, но с другими закономерностями. Возникновение трещин по двум сечениям лопатки приводило к тому, что в результате разрушения по двум сечениям почти вся отделившаяся лопатка попадала в воздушный тракт двигателя. При своем движении в проточной части двигателя она создавала предпосылки для последующего механического повреждения остальных лопаток, что инициировало усталостное разрушения лопаток более высоких ступеней компрессора двигателя. Ранее имевшие место случаи разрушения лопаток по основанию у цапфы или у наружной полки не вызывали отделения всей лопатки, если не происходило отделения части лопатки по сложной траектории с возвращением к кромке лопатки, у которой она стартовала. В конечном итоге разрушение лопатки по двум сечениям приводило к отказу двигателя в полете, и такой вид дефекта уже стал опасным для работы двигателя.

Основная особенность микрорельефа излома состояла в том, что на всем протяжении распространения усталостной трещины в изломе формировались усталостные мезолиний на фоне типичного псевдобороздчатого рельефа (рис. 14.12). Помимо того, между мезолиниями имели место более мелкие усталостные линии. Они нерегулярны, неодинаково четкие, что указывает на их происхождение от появляющихся нерегулярно вибраций большей амплитуды, а не регулярно повторяющихся от полета к полету нагрузок, связанных с функционированием тяги. Важно отметить, что геометрия мезолиний в меньшей мере характерна для зон вытягивания и в большей мере отражает длительное нагружение тяги с низкой амплитудой переменных напряжений, при которых не происходило развития усталостной трещины. На всей длине трещины вплоть до окончательного разрушения тяги разрушение происходило со скоростями менее 4 • 10~8 м/цикл в соответствии с единой кинетической диаграммой. В этом случае под циклом нагру-жения следует понимать любое минимально возможное изменение уровня внешней нагрузки во времени, вызывающее прирост усталостной трещины. Это указывает на низкий уровень амплитуд переменной нагрузки.

характеристики растяжения этих композитов с целью показать, что вольфрамовая проволока полностью вносит свой вклад в прочность композита. Однако в случае легированных медных матриц, для которых взаимная растворимость проволоки и матрицы значительна и система относится ко второму классу, вклад проволоки в прочность композита уменьшается. Так, в композите с матрицей, содержащей 5% кобальта, развивалась рекристаллизация вольфрама из-за эффектов взаимной растворимости на поверхности раздела. Как показали Петрашек и Уитон [24], в матрице, содержащей 5% кобальта, вольфрамовая проволока разрушалась хрупко, тогда как в нелегированной матрице она разрушалась вязко, с образованием шейки, при напряжении около 230 кГ/мм2. По мере рекристаллизации проволоки уменьшался ее вклад в прочность; так, если половина площади поперечного сечения была рекристаллизована, исходная прочность проволоки 230 кГ/мм2 снижалась до примерно 140 кГ/мм2, а разрушение происходило без следов пластической деформации.

обще говоря, отличаться от напряжений, приложенных к образцу композита. Поэтому а, вероятно, лучше определить как величину поперечных напряжений, которые необходимо приложить к композиту, чтобы в данных условиях испытания разрушение происходило по поверхности раздела или путем расщепления волокон. Кроме того, в модели Купера и Келли при выводе выражения для ак предполагалось, что при разрушении матрицы и поверхности раздела напряжения, согласно правилу смеси для случая равных деформаций, аддитивны; реальное напряженное состояние может быть гораздо более сложным. Далее необходимо подчеркнуть, что кривая сгг=0 на рис. 5 не обязательно соответствует поставленному Купером и Келли условию, согласно которому необходимые для отделения матрицы от волокна напряжения равны нулю. В действительности эта зависимость характеризует прочность композита, в котором прочность поверхности раздела или поперечная прочность волокна меньше прочности матрицы, не связанной с волокнами (или—-для модели Купера и Келли — матрицы, в которой волокна заменены отверстиями). Это уточнение иллюстрирует рис. 6, где сгм характеризует прочность матрицы или прочность композита, в котором не разрушаются ни волокна, ни поверхность раздела, т. е. верхнее предельное значение поперечной прочности, а аи — прочность матрицы, не связанной с волокнами (или ма'три-цы, в которой волокна заменены отверстиями), т. е. нижнее предельное значение поперечной прочности. Штриховая кривая на рис. 6 показывает, что композиты с aiycr,>UM,TO величина а, будет влиять на поперечную прочность композита. Если aj>aM, то разрушаться будет матрица, и поперечная прочность композита будет равна поперечной прочности матрицы (с учетом концентрации напряжений и стеснения матрицы).

, Чтобы разрушение происходило по центру соединения, т. е. было когезионным яри'непрерывном возрастании нагрузки, в работе[60] использовались соответствующие сочетания смол и отвер-дителей, режимы и методы очистки поверхности. Оказалось, что в случае одного и того же адгезива для стекла и алюминия Gc= = 44 000 эрг/см2, что в 1000 раз превышает поверхностную энергию стекла.

/мм2, то при среднем напряжении всего лишь 10 кгс/мм2 в устье трещины (/ = 0,1 мм) возникает напряжение, равное теоретической прочности, и разрушение произойдет путем отрыва одних слоев атомов от других. Начавшийся лавинный процесс разрушения будет протекать до тех пор, пока трещина не разделит металл на два куска или более, так как по; мере роста длины трещины, что следует из приведенного выше уравнения, требуется все меньшее и меньшее напряжение.

Если точка а на этой схеме показывает механическое состояние материала, то дефект при таком напряжении не опасен, однако разрушение произойдет в момент пересечения с кривыми К1С, если будет расти рабочее напряжение или увеличиваться в результате усталостных повреждений (например, длина дефекта). Очевидно, материал с более высоким значением К\с более надежен, так как при большем напряжении или длине третий произойдет разрушение.

Как видно из диаграммы, при пониженной температуре t\ прочность металлов мало зависит от продолжительности воздействия нагрузки. Так, при напряжении несколько ниже ов (на диаграмме обозначено X) разрушение произойдет лишь через несколько десятков лет (> 108 с). При более высоких температурах зависимость прочности от времени воздействия нагрузки становится сильнее (что видно по возрастанию угла наклона прямых). Наконец, выше некоторых температур прочность так быстро снижается с увеличением продолжительности испытания, что указание одного значения прочности без одновременного указания продолжительности воздействия нагрузки уже лишено технического смысла. Действительно, если при /4 (рис. 337) напряжение 04 вызовет разрушение через 10е с, то напряжение Oi вызовет разрушение уже через 102 с, т. е. в 10000 раз быстрее.

Если нагрузка может превзойти величины, указанные верхней кривой, то разрушение произойдет в процессе возрастания нагрузки.

Если величина напряжения будет меньше величины указанной нижней кривой, то разрушение при данном напряжении не произойдет. Наконец, если напряжения лежат внутри заштрихованной области, то разрушение произойдет через промежуток времени тем меньший, чем ближе значение напряжения находится к верхней кривой.

Для испытания на выносливость изготовляют серию совершенно одинаковых тщательно отполированных образцов (как правило, не менее 10), имеющих в рабочей части строго цилиндрическую форму; диаметр образцов 5—10 мм. Испытания проводят в такой последовательности. Первый образец нагружают до значительного напряжения ах, чтобы он разрушился при сравнительно небольшом числе циклов jVj. Второй образец испытывают при меньшем напряжении о2; разрушение произойдет при большем числе циклов N-2. Затем испытываются следующие образцы с постепенно уменьшающимся напряжением; они разрушаются при большем числе циклов. По полученным данным строят кривую усталости — кривую Вёлера (рис. 25.3), названную по имени немецкого инженера А. Вёлера (1819—1914) —-основоположника систематических исследований усталостной прочности металлов. На кривой усталости имеется участок ВС, стремящийся к горизонтальной асимптоте. Это означает, что при определенном напряжении о^ образец, не разрушаясь, может выдержать

Наиболее распространены испытания на изгиб при симметричном цикле напряжений. На рис. 1.5 показана схема машины для испытания образцов при чистом изгибе. Образец 3 зажат во вращающихся цангах 2 и 4, Усилие передается от груза, подвешенного на сергах 1 и 8. Счетчик 5 фиксирует число оборотов образца. Когда образец ломается, происходит автоматическое отключение двигателя 6 от контакта 7. Испытания проводят в такой последовательности. Первый образец нагружают до значительного напряжения с^ (амплитуда напряжений первого образца аа = атах = (0,5...0,6) ав), чтобы он разрушился при сравнительно небольшом числе циклов Nt. Второй образец испытывают при меньшем напряжении ст2; разрушение произойдет при большем числе циклов N2. Затем испытывают следующие образцы с постепенно уменьшающимся напряжением; они разрушаются при большем числе циклов. Для большей достоверности результатов на каждом уровне нагружения испытывают несколько образцов, поскольку неизбежен большой разброс в предельных значениях N. По результатам испытания строят график, где по оси абсцисс откладывают число циклов N, которые выдержали образцы до разрушения, а по оси ординат — соответствующие значения максимальных напряжений атах испытываемых образцов. Такой график (рис. 1.6) называют кривой усталости.

Разрушение произойдет, когда растягивающее напряжение превзойдет теоретическую прочность, определяемую, например, для отрыва как

где К — коэффициент интенсивности напряжений. Самая ближайшая к вершине трещины частица находится на расстоянии /, поэтому можно ожидать, что разрушение произойдет, когда деформация в точке г — I превзойдет деформацию разрушения. Броек [403] показывает, что в этом случае

Во второй оценке (кривая 11) принимается, что кристаллографические зерна, в пределах которых локализуются перетяжки на последнем этапе деформации (рис. 5.19, б), могут вытягиваться только до некоторого конечного размера в поперечнике, равного 0,2—0,3 мкм, т. е. минимального размера ячейки, наблюдаемого в эксперименте С302, 438]. При этом предполагается, что в поперечном сечении перетяжки уже не остается субграниц, препятствующих движению дислокаций, и разрушение произойдет сдвигом по одной системе скольжения. Максимальная деформация в этом случае оценивается по выражению

В ряде случаев использование критерия наибольших деч-формаций требует особого внимания. Например, при действии продольных сжимающих напряжений о\ из (3.12) следует, что разрушение произойдет от поперечных растягивающих деформаций, связанных с эффектом Пуассона, если