Разрушению материала

Поставленная задача предусматривала: анализ эксплуатационных условий работы магистральных трубопроводов и характера их разрушений; разработку метода испытания труб большого диаметра в условиях повторных нагружений внутренним давлением; исследование напряженно-деформированного состояния труб при статическом и повторно-статическом нагружениях с учетом концентрации и наличия моментных зон; определение характеристик сопротивления малоцикловому деформированию и разрушению конструкционных материалов; получение данных о малоцикловой прочности труб большого диаметра; разработку основ метода оцен-

ХРУПКОМУ РАЗРУШЕНИЮ КОНСТРУКЦИОННЫХ СПЛАВОЗ ПРИ НАЛИЧИИ ТРЕЩИН

Сопротивление хрупкому разрушению конструкционных сплавов с трещинами оценивается по величине критического значения коэффициента интенсивности напряжений при статическом нагружении К1С [1].

действии циклических нагрузок. Поэтому значения KIC конструкционных сплавов, определенные при статическом нагружении, не всегда могут достоверно характеризовать сопротивление хрупкому разрушению конструкционных сплавов в эксплуатации.

С этой целью был проведен анализ связи влияния цикличности нагружения на сопротивление хрупкому разрушению конструкционных сплавов со способностью их к упрочнению при повторном нагружении.

Покровский В. В. О прогнозировании влияния цикличности нагружения на сопротивление хрупкому разрушению конструкционных сплавов при наличии трещин ....................239

О прогнозировании влияния цикличности нагружения на сопротивление хрупкому разрушению конструкционных сплавов при наличии трещин / Покровский В. В.— В кн.: Механическая усталость металлов : Материалы VI Междунар. коллоквиума. Киев : Наук, думка, 1983, с. 239—250.

Ирвин и Кейс [6] использовали это уравнение для определения сопротивления разрушению конструкционных материалов Gc путем измерения критической нагрузки Рс в образце с известной функцией податливости dC/dA.

ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ — напряжение, соответствующее макс, нагрузке, выдерживаемой образцом при испытании до разрушения. В соответствии с видом испытания различают П. п.: при растяжении (временное сопротивление) аь, сжатии 0_&, смятии ff{,CM, изгибе оЬазГ, кручении ть, срезе (сопротивление срезу) тср. При всех видах испытания, за исключением растяжения, макс, нагрузка совпадает с нагрузкой, вызывающей разрушение образца или появление первой трещины. П. п. в этих случаях характеризует сопротивление разрушению; при растяжении это наблюдается у конструкционных материалов, не обнаруживающих при испытании шейку. Большей частью разрушению конструкционных материалов при испытании на растяжение предшествует образование шейки — местной пластич. деформации, возникающей у мн. материалов после того, как равномерное сужение стержня достигает 5—15%. В этом случае разрушающая нагрузка может быть значительно ниже максимальной, соответствующей началу появления шейки (см. рис. в ст. Предел текучести физический), и П. п. характеризует сопротивление пластич. деформации. В технике обычно пользуются условными П. п., при определении к-рых не учитывается действит. распределение напряжений по сечению и изменение размеров испытуемого образца в процессе деформации; термин «условный», как правило, опускается. Условный П. п. обозначается символом ffj, или Т[, иногда с дополнит, индексом, указывающим вид испытания.

В Институте машиноведения АН СССР разработана система экспериментальных средств для определения характеристик сопротивления деформированию и разрушению конструкционных материалов. Здесь были созданы [16] получившие широкое распространение испытательные машины и стенды с механическим, электромагнитным и электродинамическим возбуждением, применение которых способствовало развитию вероятностных методов расчетов деталей машин на усталость с распространением их на области больших долговечностей и высоких температур.

Для использования данного критерия при оценке прочности оболочечных конструкций требуется информация о кинетике циклических и односторонне накопленных деформаций в максимально нагруженных зонах конструкции, а также данные о сопротивлении разрушению конструкционных материалов, полученные с учетом высоких температур эксплуатации, формы цикла нагружения, времени выдержки и частоты. Для проверки правильности метода оценки длительной малоцикловой прочности необходимы

Длительные механические нагрузки в условиях высоких температур приводят к разрушению материала при напряжениях, меньших чем предел прочности. Разрушению предшествует ползучесть.

растает, то для восстановления равновесия центр вала должен переместиться влево и вниз по полукругу Гюмбеля на большое расстояние. Таким образом, небольшие колебания режима вызывают в этой области значительные смещения вала, которые легко переходят в циклические вихревые движения. При возникновении вихрей ламинарное течение масла становится турбулентным, в связи с чем резко возрастает трение и тепловыделение в подшипнике. В масляном слое возникают кавитацион- . ные процессы, приводящие к разрушению материала подшипника.

Износостойкость — способность поверхностных слоев материала при контактировании в местах сопряжений деталей противостоять истиранию или разрушению. Считают, что основным фактором, приводящим к разрушению материала при изнашивании, является поверхностная усталость материала. Вообще явление изнашивания имеет более сложную физическую природу и зависит от многих факторов.

ной оси лопатки (001). При этом значительно устраняются дефекты, расположенные по границам зерен, которые способствуют разрушению материала лопаток.

Окончание стадии ускоренного РУТ и переход к окончательному разрушению материала (долому) часто связаны с образованием зоны вытягивания (вытяжки). В случае статического деформирования между значением KIC: и величиной раскрытия трещины в зоне вытягивания 8. существует аналитическая зависимость

Для инспекции и прогнозирования возможности разрушения при напряжениях, близких к пределу выносливости, важно знать критический размер дефекта, который может привести к началу распространения магистральной усталостной трещины и, в конце концов, к разрушению материала или конструкции. На рис. 45 приведены данные о размере нераспространяющихся усталостных микротрещин в низкоуглеродистой стали в зависимости от размера ферритного зерна. Видно, что их величина хороню коррелирует с размером зерна.

Наблюдаемый характер разрушения объясняется наличием структурных дефектов покрытий, таких, как металлический титан в покрытии TIN и поры, выполняющих роль концентраторов напряжений, снижающих сопротивляемость модифицированных слоев коррозионно-механическому изнашиванию. В процессе прерывистого резания образование сетки микротрещин может привести и к разрушению материала основы за счет отрыва частиц покрытия в местах их прочных связей с твердым сплавом. Карбидотитановые покрытия имеют более высокую трещиностойкость, лучше сопротивляются образованию и росту трещин [ 117]. Трещиностойкость износостойкого комплекса "покрытие-основа" зависит от релаксационных свойств тугоплавких фаз, входящих в его состав. Релаксационные свойства износостойкого комплекса зависят от температуры трибомеханического контакта. При этом с повышением температуры релаксационные свойства покрытий возрастают заметнее, чем таковые основы. Поэтому работоспособность инструмента при резании на высоких скоростях определяется структурными характеристиками покрытия. Повышение скорости резания приводит к изменению механизма разрушения режущих кромок твердых сплавов, который зависит от диффузионных процессов в приповерхностных слоях основы и явлений микропластичности. Твердые сплавы с покрытием TiC более устойчивы к явлениям ползучести, чем сплавы с нитридотита-новым покрытием. Трещиностойкость износостойкого комплекса может быть повышена путем нанесения промежуточных мягких слоев, способствующих вязкому торможению образующихся в процессе изнашивания трещин [92, 116, 118]. Закономерности изнашивания твердосплавных инструментов с покрытиями наиболее полно иллюстрируют зависимости, представленные на рис. 7.13 [92].

32.1.В. Неправильно. Прочность в значительной степени зависит от характера изменения напряжений во времени. Периодически изменяющиеся во времени напряжения могут привести к разрушению материала при напряжениях, которые не только меньше предела прочности, но даже меньше предела текучести.

ставной и состоит из зоны вытяжки и ступеньки треугольного профиля. Никаких вытянутых ямок еще нет. Они появляются в изломе в тот момент, когда в одном из циклов нагружения достигнута вязкость разрушения и наступила неустойчивость подрастания трещины на восходящей ветви нагрузки, связанная с переходом к быстрому, статическому разрушению материала. Итак, вблизи границы перехода к статическому проскальзыванию трещины имеет место часть усталостной бороздки треугольного профиля между двумя зонами вытягивания и одна бороздка треугольного профиля между зоной вытягивания и зоной вытягивания с последующим ее завершением каскадом ориентированных ямок.

С другой стороны, как было подчеркнуто выше, снижение частоты (скорости деформации) нагружения материала приводит к тому, что трещина может распространяться довольно устойчиво и при переходе на макроскопический масштабный уровень. Можно предположить, что переход этот будет сопровождаться устойчивым, но быстрым нарастанием скорости роста трещины. Предельную величину скорости роста трещины или шага усталостных бороздок, которые могут характеризовать точку бифуркации — переход к окончательному разрушению материала можно определить по аналогии с тем, как это было сделано в соответствии с соотношениями (4.47). На первом этапе стабильного роста трещины (мезоуровень I) плотность энергии разрушения остается постоянной, и это соответствует постоянной величине ускорения роста трещины. На втором этапе стабильного роста трещины (мезоуровень II) происходит линейное нарастание ускорения, что определяется вторым основным уравнением синергетики. Вполне естественно предположить, что этап нестабильного роста трещины (макроуровень) описывается параболической зависимостью ускорения роста трещины от ее длины. В этом случае следует иметь в виду ускорение процесса разрушения, которое

Шаг усталостных бороздок и СРТ близки между собой во всем диапазоне длин трещин, соответствующих зоне равномерного двухосного напряженного состояния крестообразных образцов (рис. 6.32). С возрастанием сдвига фаз до 180° происходит увеличение шага усталостных бороздок и СРТ. Возрастание несинфазности приводит к более интенсивному повреждению материала при прочих равных условиях и способствует более быстрому разрушению материала.