Разрушенных элементов

В результате испытаний на усталость для валов каждого. режима упрочнения были определены предел выносливости по разрушению, соответствующий предельной амплитуде напряжений, не приводящей к разрушению вала на базе 10? циклов, и предел выносливости по трещинообразованию, соответствующий предельной амплитуде, не приводящей к образованию визуально видимой трещины в галтели вала при той же предельной базе испытаний. Обобщенная диаграмма изменения пределов выносливости исследованных валов в зависимости от режима обкатки галтели, полученная в результате экспериментов, показывает, что обкатка галтели приводит к изменению обоих пределов выносливости (рис. 58). Основное влияние на пределы выносливости оказывает усилие обкатки, а число проходов по обрабатываемой поверхности практически не изменяет пределов выносливости. Предел выносливости по трещинообразованию увеличивается только в области малых усилий обкатки, а затем, несмотря на существенный рост усилий обкатки, остается практически постоянным, а предел выносливости по разрушению увеличивается монотонно. Максимальное увеличение предела

разрушению наклепанных образцов) и 4 (предел выносливости по трещинообразованию тех же образцов) показывает, что с увеличением предела прочности стали (в исследованном интервале ств = 353 ... 1170 МПа) прирост пределов выносливости по разрушению увеличивается до 500% при ав»1000 МПа. В то же время эффект наклепа, выражающийся в изменении пределов выносливости по трещинообразованию, значительно более слабый (при ав = 1000 МПа изменение a_iT достигает 100%). Причем для мягких низкоуглеродистых сталей с чисто феррит-ной структурой влияние наклепа на предел выносливости по трещинообразованию практически отсутствует.

Применение поверхностного наклепа несколько увеличивает сопротивление сталей возникновению усталостных трещин; при этом характер изменения пределов выносливости по трещинообразованию наклепанных образцов с увеличением коэффициента концентрации напряжений аналогичен характеру изменения того же предела для ненаклепанных (кривая DE). Предел выносливости по разрушению увеличивается в результате применения поверхностного наклепа тем больше, чем выше концентрация напряжений (кривая DF). Известно значительно меньшее влияние поверхностного наклепа на сопротивление усталости гладких образцов и очень большое его влияние на со противление усталости надрезанных образцсс.

Весьма ответственной характеристикой структуры стали является размер зерна аустенита. При охлаждении стали аустенит испытывает превращения и формирование новой структуры, что существенно зависит от размера зерна аустенита. Чем меньше зерна аустенита, тем меньше будут размеры зерен феррита и перлита, а в закаленных сталях меньше размеры кристаллов мартенсита. Мелкозернистый аустенит способствует улучшению механических свойств стали. Увеличивается сопротивление хрупкому разрушению. Снижается температурный порог хрупкости Г50. В закаленных сталях со структурой мартенсита сопротивление хрупкому разрушению увеличивается при уменьшении размеров кристаллов мартенсита. Размер зерна аустенита в сталях может быть от миллиметра до микронов. Его определяют различными способами, но в основном металлографическим анализом. ГОСТ 5639—82 регламентирует размеры зерен, которые характеризуются его номером: -3, -2, -1, О, 1, 2 ... 14. Чем больше номер, тем мельче зерно. Например: средний диаметр зерна номера -3 составляет 1,000 мм, номера 7 — 0,031 мм, номера 14 — 0,0027 мм. Крупными зернами считаются с номерами от -3 до 5, мелкими — с номерами от 6 до 14.

я = 0; гидростатическое напряженное состоянние (<71 = а2 = 0'з=0); л->-0; уменьшается способность к пластическому деформированию; склонность к хрупкому разрушению увеличивается.

•л = 0; гидростатическое напряженное состоянние (Ci=Ot—o$*=Q)i я->-0; уменьшается способность к пластическому деформированию; склонность к хрупкому разрушению увеличивается.

Notch sensitivity — Чувствительность к надрезу. Диапазон, в котором чувствительность материала к разрушению увеличивается в присутствии концентратора напряжений типа надреза, внезапного изменения в поперечном сечении, трещины или царапины. Низкая чувствительность к надрезам обычно связана с пластичными материалами, а высокая чувствительность к надрезам обычно связана с хрупкими материалами.

(лоя), чем серийные валки, Подвергнутые лишь закалке с нагревом ТВЧ. При оптимальных режимах ВТМПО сопротивление усталости валков с концентраторами напряжений возрастает на 25%, сопротивление контактно-усталостному выкрашиванию повышается в среднем на 40%. В зоне ограниченной долговечности при напряжениях, возникающих во время работы прокатных валков, сопротивление контактному разрушению увеличивается в несколько раз. Важно подчеркнуть, что в результате ВТМПО существенно снижается чувствительность к структурным и геометрическим концентраторам напряжений.

Известно, что большой растворимостью в железе отличаются элементы, диаметры атомов которых близки к диаметру атомов железа. Следовательно, диаметр атомов может характеризовать способность легирующего элемента оказывать то или иное влияние на эрозионную стойкость стали. При большой растворимости легирующего элемента в железе резко искажается элементарная решетка, вследствие чего повышается прочность металла в микрообъемах. Наибольшему искажению решетки при растворении легирующего элемента подвергается у-железо. В результате повышается нестабильность аустенита, что приводит к его распаду в процессе деформирования металла при микроударном воздействии. В этом случае зарождаются новые фазы, препятствующие пластическому течению, и сопротивляемость стали разрушению увеличивается. При растворении легирующего элемента в а-железе решетка искажается меньше, поэтому прочность легированного феррита увеличивается меньше, чем прочность легированного аустенита.

Технически чистая медь проявляет большую склонность к упрочнению при деформировании. Временное сопротивление деформированной меди в 2 раза больше, чем отожженной. При этом относительное удлинение меди уменьшается в 10 раз. Предел текучести деформированной меди возрастает до 372,6—392,2 МПа, а твердость до НВ ПО—130. Казалось бы, при такой способности к упрочнению в процессе деформирования медь должна хорошо сопротивляться микроударному разрушению, однако этого не наблюдается. При испытании медь сравнительно быстро разрушается (рис. 135). В начале микроударного воздействия происходит даже некоторое расплющивание образца, а затем процесс гидроэрозии развивается так быстро, что разрушение приобретает хрупкий характер. Быстрое разрушение меди при испытании объясняется низким пределом текучести (см. выше). Под действием ударов воды медь быстро начинает «течь», при этом процесс упрочнения меди «гасится», т. е. не успевает за возрастанием нагрузки: в результате в отдельных микрообъемах меди возникают нарушения прочности, а затем и разрушения. Подобное явление можно наблюдать при обычном деформировании очень пластичных, но непрочных материалов. В условиях постепенного нагружения такие материалы могут долго течь, не разрушаясь. Одновременно с пластической деформацией происходит их упрочнение, при этом сопротивление разрушению увеличивается. При ударном на-гружении, когда нагрузка резко возрастает, прочность таких 238

Отмечено, что вычисленная прочность увеличивается с увеличением расстояния между частицами хрупкой фазы. Как упомянуто ранее, полностью связанный агрегат разрушается при разрушении наиболее слабого объемного элемента. В случае пучка волокон перед его разрывом должно разрушиться некоторое количество волокон. Колеман показал, что прочность пучка волокон меньше средней прочности волокон, но имеет тот же самый порядок. Отмечено, что отдельное волокно в пучке может разорваться только один раз и что разорванное моноволокно не несет никакой нагрузки по всей его длине. В случае заключенных в матрицу частиц или волокон композитное тело разрушается путем статистического накопления разрушений элементов. Причем условие разрушения представляет собой критическое число разрушенных элементов в одном поперечном слое. В случае заключенных в матрицу волокон отдельное волокно может разрушиться больше одного раза, так как напряжение перераспределяется по его неразрушенной части при помощи матрицы. Фактически прочность моделей увеличивается в некоторой зависимости от количества элементов объема, разрыв которых происходит перед разрушением тела.

В слабо связанном пучке повреждения будут накапливаться почти случайным образом с малой корреляцией, в то время как в сильно связанной при помощи матрицы системе композита разрушения элементов будут коррелированными и стремящимися к развитию в направлении, перпендикулярном элементам. Во втором случае процесс будет развиваться от нескольких слабых областей путем трещинообразования, и окончательная неустойчивость будет неустойчивостью гриффитсовского типа, для которой можно ожидать, что произведение квадратного корня из числа соседних разрушенных элементов на напряжение разрушения композита равно постоянной величине.

есть протяженность пластической области параллельно армирующим элементам у кончика трещины для данной простой модели. Распределение (22) также приведено на рис. 5. Хотя кажется, что этот анализ более грубый, чем сдвиговый, он полезен для получения приемлемых оценок распределения напряжений в окрестности малого числа соседних разрушенных элементов.

1) Скоп и Аргон высказали противоположное заключение [32]. Это произошло вследствие того, что, как было отмечено выше, при использовании сдвигового анализа в упругом случае происходит сглаживание неравномер-ностей напряженного состояния, в то время как в грубой модели передачи всего усилия с разрушенных элементов на два близлежащих неразрушенных элемента распределение напряжений для пластичной матрицы, представляв-

Как было рассмотрено выше, для слоистых композитов, составленных из упрочняющих элементов с показателем распределения дефектов т, колеблющимся от 6 до 10, максимальная прочность достигается, когда число элементов измеряется только в сотнях* С увеличением размера за этот предел значения равномерно, но относительно медленно падают — грубо на 10% при увеличении размера вдвое. Как видно из табл. IV, для слоистых композитов с максимальной прочностью при докритическом росте трещины необходимо разрушение от 3 до 4 соседних элементов, чтобы началось неустойчивое разрушение. Для композитов с высококачественными элементами (т > 15) это число уменьшается до 2 соседних разрушенных элементов *). Предполагая, что эти критические длины трещин не меняются значительно с увеличением размера, можно вывести простое выражение для прочности слоистых композитов. Если для начала неустойчивого разрушения необходимо разрушение только трех соседних элементов в результате коррелированных статистических процессов, то вероятность разрушения слоистого композита, определяемая уравнением (30), упрощается;

V — объем нагруженной детали; Vr — объемное содержание арматуры; Fm — объем нагруженной модели; Vp — объем нагруженного прототипа; W — толщина слоистого композита; а — размер трещины в объеме, равный размеру зерна; а — средний размер зерна; as — стандартное отклонение размера зерна; uij — податливости слоистого композита; с — полудлина трещины; са — коэффициент вариации прочности; cvg — коэффициент вариации размера зерна; de — длина зоны неоднородности напряжений около разрушенных элементов в слоистом композите с упругой матрицей;

dp — длина пластической зоны около разрушенных элементов в слоистом композите с пластичной матрицей; k — напряжение текучести при сдвиге пла9тичной матрицы; &! — коэффициент интенсивности напряжений при нагру-

туры разрушенных элементов теплосилового оборудования определять температурно-силовую область их эксплуатации.

В срезных предохранительных устройствах очень важно обеспечить доступность для замены разрушенных элементов новыми. Различие конструкций устройств со срезными элементами определяется, в основном, способом расположения срезаемого элемента относительно оси вала. В одних случаях его располагают параллельно оси вала; в других перпендикулярно. В последнем случае срезаемый элемент устанавливается в отверстие, проходящее через ведущий вал и ведомое звено.

Результаты испытаний отдельно для каждой группы элементов фиксировались в виде реализаций — последовательности испытаний (на рис. 3.9 в качестве примера представлены реализации для элементов основного металла в исходном состоянии и после длительной наработки). Для каждой реализации подсчитывались количество разрушенных элементов на каждой ступени нагружения п,- и общее количество разрушенных элементов в каждой серии ^ ni (где i — порядковый номер ступени, считая i = 0 для наименьшего значения напряжений, при котором проводились испытания в данной реализации).

В уравнении (3.4) знак "+" берется в случае, если число разрушенных элементов превышает число неразрушенных (расчет ведется по разрушенным элементам); в противном случае берется знак "-" (расчет ведется по неразрушенным элементам). Погрешность уравнения (3.5) считается приемлемой, если значение первого слагаемого в квадратных скобках превышает 0,3.