Разрушение вследствие

Если предполагать, что межслойное сдвиговое разрушение возникает в плоскости, в которой касательные напряжения достигают максимума, а остальные напряжения пренебрежимо малы по сравнению с касательными, то вид разрушения можно считать идентичным разрушению от внутрислойных касательных напряжений. Тогда для предсказания межслойной сдвиговой прочности можно использовать уравнения разд. IV, относящиеся к внутри-слойной прочности пластика. В полуэмпирическом методе поправочные коэффициенты уравнения (29) следует выбирать из экспериментов на поперечный изгиб короткой балки.

Прочность при изгибе SF можно связать со свойствами компонентов, принимая, что разрушение возникает при достижении одним из трех напряжений соответствующего критического значения. В виде уравнения это можно записать так:

Противоположная точка зрения, утверждающая, что разрушение композита при сжатии можно описать правилом смесей, основывается, по-видимому, на данных, зависящих от воздействия микромеханических факторов. Такого рода соотношение могло бы быть справедливо, когда разрушение возникает в композите при заранее определенном уровне деформаций, связанном с характерным уровнем напряжений в волокнах или в матрице. Например, в рабо'те [53] обнаружено очень хорошее согласие с правилом смесей для разрушения отлитой в вакууме меди, армированной вольфрамовой проволокой. Анализ разрушенных образцов позволил установить в этом случае, что композиты неизменно разрушались от продольного расщепления вольфрама, т. е. в результате процесса, который, по-видимому, должен происходить при определенной деформации волокон.

Для длин трещин, меньших скр (зона 1), разрушение возникает при общей текучести (напряжение текучести а^). Для длин, больших скр (зона 2, напряжение меньше ау), или когда трещина растет (при напряжении ау) до этой длины, разрушение происходит за счет локального деформирования в кончике трещины согласно критерию Гриффитса.

С повышением температуры переход от внутри- к межзерен-ному разрушению в большинстве случаев смещается в область более высоких скоростей деформации. Считается [79], что межзеренное разрушение возникает при температуре, равной или превышающей температуру эквикогезии (&0,5Т„Л). Это объясняется тем, что при этой температуре граница претерпевает фазовые превращения типа упорядочение — разупорядочение [4]. Однако, поскольку переход от внутризеренного разрушения к межзеренному в значительной степени определяется и скоростью деформирования, достижение температуры эквикогезии не всегда приводит к межзеренному разрушению. Существует мнение, что разрушение по границам зерен подавляется и при очень низких скоростях деформирования, что объясняется заторможенностью скольжения из-за низкого уровня напряжения [111].

При испытании литейных никель-хромовых сплавов при низких амплитудах деформации наблюдалось меньшее окисление стенок трещин, чем при высоких амплитудах. Отсюда предположительное заключение о тем, что при низких деформациях (напряжениях) разрушение наступает относительно поздно, количество возникших трещин невелико и развиваются они относительно быстро. При высоких деформациях разрушение возникает в виде многих трещин и в более раннем периоде, но развитие идет относительно медленно. Схематично изменение скорости развития единичной трещины во времени для высокого и низкого значения амплитуд деформации можно представить так, как это показано на рис. 134. Аналогично понижению амплитуды деформации действует понижение максимальной температуры цикла. Так, при испытании сплава ЖС6У наблюдалось уменьшение количества очагов в изломе (т. е. количества возникающих трещин) при изменении режима нагружения с 950+±100°С на

Замедленное разрушение возникает и при напряжениях ниже предела текучести. Поэтому часто пользуются величиной длительной прочности, понимая при этом напряжение, которое действует в -течение заданного времени, при определенной температуре, вызывая разрушение материала. Время выдержки при испытаниях на длительную прочность соответствует длительности эксплуатации.

Идеальным является, конечно, испытание в «естественной» среде, т. е. в среде, максимально приближающейся к эксплуатационной. Однако система покрытий достаточно эффективно выполняет свои функции защиты от коррозии, и период разрушения в этих условиях становится слишком длительным. В связи с этим проводят ускоренные коррозионные испытания, непрерывно поддерживая режим максимальных механических напряжений, изменяя температуру или влажность либо используя искусственную среду с повышенной коррозионной активностью. Хотя с помощью этих средств разрушение возникает за несколько дней, часов и даже минут (в крайних случаях), ускоренные испытания могут вызвать коррозию, отличную от возникающей в условиях эксплуатации, из-за сложного характера процесса коррозии. Таким образом, прогнозирование срока службы или способа разрушения на основании результатов ускоренных испытаний можно считать обоснованным только после соответствующих уточнений в ходе тщательных натурных испытаний.

Результаты циклических испытаний показали, что при он < 490 МПа разрушение возникает в прикорневой няется к наружной поверхности стыка,

Таким образом, нет принципиальной разницы между механизмом эрозионного разрушения при больших и при малых или умеренных скоростях соударения капель с твердой поверхностью. В том и другом случае разрушения происходят от гидравлических ударов по поверхности детали. Только при больших скоростях соударения сила удара капли настолько велика, что повреждение происходит с одного удара, и размер повреждения соизмерим с диаметром ударяющей капли. А при малых или умеренных скоростях соударения каждый гидравлический удар, возникающий при несимметричном смыкании кавитационного пузырька у поверхности детали, воздействует на микроскопически малый участок поверхности, поэтому заметное эрозионное разрушение возникает не сразу, а только после мнргочисленных ударов.

повреждения соизмерим с диаметром капли. А при малых или умеренных скоростях соударения каждый гидравлический удар, возникающий при несимметричном смыкании кавитационного пузырька у поверхности детали, воздействует на микроскопически малый участок поверхности; поэтому заметное эрозионное разрушение возникает не сразу, а только после многочисленных ударов (кавитационные пузыри в каплях возникают уже при скорости соударения 8 м/сек). Основную роль в эрозионном разрушении лопаток паровых турбин играют, по-видимому, гидравлические удары, возникающие при несимметричном смыкании кавитационных пузырей, которые появляются при растекании капли по поверхности лопаток. Роль химического фактора в эрозионном разрушении лопаток турбин при работе на влажном водяном паре незначительна.

Разрушение металла, вызываемое одновременным воздействием агрессивной среды и переменных растягивающих напряжений, называется коррозионной усталостью. В химической промышленности нередки случаи такого разрушения деталей аппаратов и машин. Разрушение вследствие усталости обычно сопровождается образованием меж- и транскристаллитных трещин, развитие которых идет главным образом в период приложения растягивающих напряжений. В условиях переменных напряжений разрушение металлов и сплавов происходит при напряжениях, меньших чем напряжения, необходимые для возникновения коррозионного растрескивания при растягивающих нагрузках.

нержавеющей стали 18-8 (содержащей 74 % Fe) обусловливают ионы С1~, а не МОз, а для углеродистой стали картина обратная. Латунь (70 % Си—30 Zn) имеет склонность к медленной меж-кристаллитной коррозии в различных электролитах (например, в разбавленной H2SO4, растворах Fe2(SO4)3 или BiCl2 [20]), но в средах, содержащих NH3 или амины, происходит быстрое разрушение вследствие КРН, которое также обычно является меж-кристаллитным. Кроме того, неправильно отожженная нержавеющая сталь 18-8 (например, выдержанная при 650 °С в течение 1 ч) подвержена межкристаллитному растрескиванию в самых различных электролитах независимо от приложенного напряжения; однако, эта же сталь, помещенная при растягивающем напряжении в кипящий раствор хлорида магния, подвергается транскристаллитному КРН, несмотря на хорошо обозначенные коррозионные разрушения вдоль границ зерен [21].

Разрушение вследствие фреттинг-коррозии характеризуется обесцвечиванием металлической поверхности, а в случае колебательного движения — и образованием язв; в этих язвах зарождаются усталостные трещины. Быстрое превращение металла в оксид само по себе обусловливает неисправность в работе механизмов, так как нарушается точность размеров, а продукты коррозии могут вызывать забивку или заедание. Продукты коррозии вытесняются из-под трущихся поверхностей, в случае стали они состоят в основном из сс-Ре2Оз небольшим количеством порошка железа [84]. При длительных испытаниях никеля продукты коррозии представляют собой NiO и малые количества МЦ для меди — это Си2О и немного GuO и Си [85].

В растворе, насыщенном H2S и содержащем 5 % NaCl и 0,1 % уксусной кислоты (имитация кислой среды газовых скважин), разрушение сплава зависит от температуры и скорости равномерной коррозии, которая преобладает в этих условиях и приводит к образованию водорода. При комнатной температуре разрушение вследствие водородного растрескивания (называемого иногда также сульфидным растрескиванием) протекает обычно только в том случае, если обработанные холодным способом сплавы были подвергнуты последующей термической обработке (состарены на заводе-изготовителе). Старение сплавов, увеличивающее их прочность, может приводить также к усилению равномерной коррозии в кислотах. При этом количество выделяющегося водорода становится достаточным, чтобы вызвать растрескивание. При повышенной температуре разрушения этого типа обычно уменьшаются (меньше водорода проникает в металл и больше удаляется в виде газа). Однако в области повышенных температур водородное растрескивание может смениться КРН, которое связано с присутствием хлоридов. В этом случае контакт сплавов с более активными металлами предотвращает растрескивание (протекторная защита).

При эксплуатации на ОГПЗ б" и 8" кранов французского производства имели место случаи разрушения крепежных винтов, соединявших корпус с переходником. Исследования показали, что разрушение вследствие сероводородного растрескивания происходило лишь в тех случаях, когда материалом винтов являлась высокопрочная низколегированная сталь А320§гЬ-7, и из-за потери герметичности кранов они подвергались воздействию влажной сероводородсодержащей среды.

Электрохимической коррозией металлов называется их самопроизвольное разрушение вследствие электрохимического взаимодей -:твия с окружающей электрически проводящей средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла. Электрохимическая коррозия сопровождается протеканием электрического тока.

Сульфиды железа — катоды по отношению к железу и образуют с ним гальваническую пару, разность потенциалов в которой может достигать 0,2—0,4 В. С повышением концентрации сероводорода увеличивается склонность стали к сульфидному растрескиванию и достигает максимального значения при насыщении. Это объясняется тем, что с ростом концентрации сероводорода увеличиваются наводороживание стали и ее охрупчивание. Растрескивание стали происходит даже при весьма незначительных концентрациях сероводорода (меньше ЫО-з кг/м3), однако концентрация сероводорода влияет в основном на время до разрушения и в меньшей мере — на условный предел статической водородной усталости. Участок ВС на кривой статистической водородной усталости (рис. 17) характеризует разрушение вследствие СВУ, участок СД соответствует условному пределу статической водородной усталости (стдл), т. е. максимальному напряжению, ниже которого разрушение не наступает. Сталь одной и той же марки по мере увеличения прочности становится более чувствительной к статической водородной усталости, т. е. разность между пределом прочности 0„ и условным пре-

кая деформация зерен, выше — межкристаллитное разрушение вследствие меньшей прочности аморфного металла. Они считали высокотемпературную хрупкость природным свойством металлов.

Вредными примесями являются также висмут, свинец и сурьма (табл. 69). Они вызывают межкристаллитное разрушение вследствие сегрегации их по, границам зерен. Разрушение исходного никеля (чис-

Типичный усталостный излом вала (рис. 0.3) имеет две ярко выраженные зоны: зону усталостного разрушения 1 с гладкой притертой поверхностью там, где усталостная трещина постепенно проникала в глубь сечения, и зону статического разрушения 2 крупнокристаллического строения, по которому произошло хрупкое разрушение вследствие большого ослабления сечения. Около 80% всех случаев поломок деталей являются усталост-

В материалах с ослабленными границами зерен разрушению сколом предшествует межзеренное разрушение. Вследствие того, что на современном этапе развития фрактографии невозможно различать межзеренные трещины, предшествующие сколу, и межзеренные трещины, возникшие одновременно со сколом, в качестве эффективной межзеренной трещины удобно пользоваться долей межзеренного разрушения. Доля межзеренного разрушения — выраженное в процентах отношение площади межзеренного разрушения к площади всего излома -