Распространению усталостных

службы не может быть обеспечен с заданной степенью достоверности, то нужно использовать конструкции первого типа и учесть необходимость создания структурных элементов, препятствующих распространению разрушения, возможные типы разрушения конструкции и т. д.

Если известна работа распространения трещины из суммарной величины полной ударной вязкости, то достаточно надежно можно оценить склонность материала к хрупкому разрушению и сопоставить методы повышения вязких свойств конструкционных сталей. Характер излома образца при этом отражает второй этап разрушения, т. е. развитие трещины. Чем больше процент вязкой составляющей в изломе (В), тем сильнее сопротивляется металл распространению разрушения.

Стрела по длине представляет собой балку переменного сечения для придания ей равнопрочности (см. рис. 33). Направляющие полосы повторяют изгибы нижнего пояса стрелы и сварены из трех частей, стыки которых совмещены в одном сечении и сварены без разделки кромок на глубину 5 мм при толщине стыкуемых элементов 18 м!м. Концы направляющих полос вблизи стыка приварены лобовыми швами к стреле, образуя, таким образом, жесткую связь стыка со стрелой. Непровар в стыке сыграл роль внутреннего трещиноподобного дефекта размером 13X70 мм, который стал причиной разрушения. На начало разрушения именно в этом месте указывает расположение шевронного узора излома. Возникновению разрушения способствовали также низкие температуры, ударный характер нагружения и высокий уровень остаточных напряжений в зоне швов направляющей полосы 'И нижнего пояса стрелы, близко расположенных друг к другу — на расстоянии 30—40 мм. Распространению разрушения содействовали непровары в угловых швах коробки стрелы и концентраторы на кромках полок, вырезанных газовой резкой без последующей механической обработки. Исследование аварии стрелы экскаватора Э-1252Б показало, что очагом возникновения хрупкого разрушения могут стать

Повышенная сопротивляемость многослойных конструкций распространению разрушения, что бывает очень важно с точки зрения предотвращения аварии и уменьшения степени ее последствий, обусловлена межслоиными зазорами, препятствующими развитию трещины по толщине стенки. Поэтому в многослойных конструкциях, не имеющих монолитных зон, образование сквозных разрывов при расчетных напряжениях как правило не происходит. В зонах кольцевых швов разрушение под действием рабочих напряжений может быть локализовано благодаря более высокой динамической вязкости разрушения многослойного металла.

Условия распространения трещины определяются напряженно-деформированным состоянием в области перемещающейся вершины разрыва и динамическими значениями вязкости разрушения материала. В отличие от высокопрочных сталей, для трубного металла обычной и средней прочности характерно скачкообразное уменьшение сопротивления распространению разрушения при переходе от вязкого (по внешнему виду) разрушения к хрупкому. Это приводит к существенному увеличению скоростей распространения хрупких трещин по сравнению с вязкими разрывами. В результате скорость распространения хрупкого разрушения обычно превышает скорость волны декомпрессии, снижающей давление в газопроводе. Вследствие этого теоретически разрушение может распространяться неограни-

Известно, что с уменьшением толщины металла в области вершины движущейся трещины снижается степень стеснения пластических деформаций. Вследствие этого обеспечивается переход от хрупкого разрушения к вязкому При этом существенно повышается сопротивление материала распространению разрушения. Об этом, в частности, можно судить по результатам испытаний одной и той же стали, отличающейся своей толщиной. Общая толщина испытываемого пакета была постоянной. На рис. 3, а показано изменение переходных температур (отвечающих 80 %-ной вязкой составляющей) в зависимости от толщин пластин, которые изготавливались из листа толщиной 24 мм путем его сострагивания, на рис. 3, б — аналогичная зависимость, полученная по результатам испытания одной и той же стали в прокате толщиной 24, 16, 12, 8 и 4 мм. Разница между кри-

сопротивлением развитию разрушений: К моменту вхождения Ё многослойные трубы или обечайки скорость развитии Хрупких или хрупковязкйх трещин составляла, согласно замерам, примерно 400 м/с. Испытуемые секции не закреплялись и не засыпалась, что существенно снижало их сопротивление распространению разрушения. Несмотря на то, что испытания проводились в экстремальных условиях, хрупких разрушений в многослойных трубах и обечайках не наблюдалось. При вхождений в них трещины резко замедляли скорость, а разрушения изменяла свой фрактографический характер. Во всех случаях в многослойных трубах и обечайках наблюдались только вязкие разрушения. Поскольку условия испытаний были жест-жима, то полученные результаты свидетельствуют о том, что

Взаимодействие процессов пластического деформирования при термической усталости и ползучести характеризуется совокупным упрочняющим влиянием на структуру материала внутри зерна в области разрушения (одновременно происходит упрочнение границ зерен, препятствующее распространению разрушения в эти области).

На рис. б.З показано разрушение слоистого полимерного композита. Синергизм свойств пластинки, состоящей из чередующихся слоев двух разных полимеров, проявляется при ее реакции на разрушение (темная зона, распространяющаяся из верхней части снимка). Толщина слоев Юмкм. более темные слои - сополимер стирола с акрилонитрилом (жесткий и относительно хрупкий материал), светлые слои - прочный и пластичный поликарбонат. Хрупкий материал быстро растрескался (образовались тонкие трещины), способствуя распространению разрушения, а в пластичных слоях сформировались полосы сдвига. Процесс образования полос сдвига связан с поглощением энергии, при этом постепенно острие трещины притупляется и растрескивание останавливается. Таким образом, пластинка образца оказывается упрочненной за счет поликарбонатных слоев, а слои из сополимера стирола придают ей жесткость.

коэффициента для металлов гексогоналыюй структуры с плотной упаковкой, испытывающих сдвиг только в плоскости базиса (таких, как бериллий или цинк при низкой температуре), равна 6,5. Увеличение предела текучести или напряжения течения, наблюдаемое при более высоком значении ориентационного фактора, приводит к росту напряжения, способствующего зарождению и распространению разрушения.

Основное преимущество трехслойной композиции перед обычными высоко-оловянистыми или свинцовистыми баббитами в более высоком сопротивлении образованию усталостных трещин. Сцепление баббита с металлокерамическим скелетом в случае трехслойной композиции гораздо больше, чем с ровной стальной поверхностью при обычной заливке. Неровности рельефа медноникелевово скелета препятствуют распространению усталостных трещин. Металлокерамиче-ский подслой (свинцовистая бронза) сам по себе является материалом с очень высокими антифрикционными свойствами. Поэтому можно значительно снизить толщину баббитового слоя (до 20—75 мк), так как обнажение металлокерамического подслоя при износе или вследствие прогиба вала не связано с вредными последствиями и повысит усталостную прочность.

Установлена также зависимость распространения усталостной трещины в титановых сплавах от структуры и состава. Пороговые значения Kth и Kfc чувствительны к структуре, содержанию примесей, особенно водорода [112—114]. Наиболее высокое сопротивление распространению усталостных трещин имеет игольчатая мартенситная структура по сравнению с равноосной глобулярной [115, 116]. Фрактографические исследования изломов свидетельствуют о существовании других критических параметров интенсивности напряжений, связанных со структурой, которые расположены между Kth и Kfc.

Эксплуатационное воздействие на элемент конструкции реализуется при переменных параметрах цикла нагружения во времени. Порождаемый при таком нагружении поток энергии является нестационарным. Такой вид нагружения, согласно принципам синергетики об упорядоченности ступеней самоорганизации, позволяет осуществлять многократное повторение тех или иных механизмов эволюции, присущих данной системе. Применительно к распространению усталостных трещин это означает, что причины переходов от одних механизмов разрушения к другим могут быть следствием изменения величины управляющего параметра, однако в направлении роста трещины можно реализовать только те механизмы, которые характеризовали рост трещины при стационарном режиме нагружения. Эта ситуация имеет место, если переходные режимы внешнего воздействия вызвали дискретные изменения реак-

Далее происходит резкое возрастание разори-ентировок конгломератов фрагментированной структуры, возникают повороты типа дисклинаци-онных сбросов, и этим объясняется увеличение болынеугловой части спектра разориентировок фрагментов с увеличением степени деформации в результате подрастания усталостной трещины и приближения к предельной величине коэффициента интенсивности напряжения, отвечающего вязкости разрушения материала. Возникновение пространственных структур с разориентировками на масштабном макроскопическом уровне относится к макропроцессам, что применительно к распространению усталостных трещин связано с переходом в область нестабильного развития разрушения. Все перечисленные процессы рассматриваются применительно к зоне пластической деформации, находящейся перед вершиной трещины в динамическом равновесии с окружающим материалом, который не претерпевает пластического деформирования. Они полностью аналогичны том процессам, что представлены в табл. 3.1.

Поэтому применительно к распространению усталостных трещин необходимо рассматривать разные кинетические кривые при описании роста трещины для разных масштабов (микроскопический (до формирования усталостных бороздок), мезоскопический (связанный с формированием

Итак, выполненный обзор общих подходов в использовании характеристик материала в управляющих параметрах для описания роста усталостных трещин в области мало- и многоцикловой усталости позволяет ввести представление о базовой кинетической кривой для сплавов на различной основе применительно к распространению усталостных трещин.

а следовательно, остаточных напряжений. От границ двойниковых прослоек внутри этих зон и начиналось разрушение материала у кромки лопатки. Возникали межзеренные трещины, которые распространялись на некоторую глубину, после чего происходил дискретный переход к распространению усталостных трещин. При этом наработка дефектных лопаток не превышала 12006 ч. Разрушение последней лопатки было аналогично всем предыдущим случаям, но лопатка на момент разрушения наработала не менее 14676 ч, что было существенно больше наработки большинства ранее исследовавшихся лопаток. При этом разнозерни-стость материала у сечения разрушения лопатки отсутствовала. Для повышения надежности лопа-

Наиболее вероятной причиной подобных разрушений является накопление повреждений и развитие исходных дефектов, приводящие к появлению и распространению усталостных трещин от повторных воздействий внутреннего давления в процессе эксплуатации. Так, по данным работ [3, 134], некоторые участки магистральных нефтепроводов могут испытывать в среднем 300—350 циклов повторных нагружении в год, вызванных различными технологическими и эксплуатационными факторами (отключение НПО из-за отказов электрооборудования, автоматики, отказов механического оборудования, изменение режимов перекачки и т. д.).

Таким образом, сопротивление сварных соединений зарождению и распространению усталостных трещин в ряде случаев в значительной степени определяется остаточной напряженностью.

Представляются результаты экспериментальных исследований по распространению усталостных трещин в твердых сплавах WC—Со и (Ti, Mo) С—Ni.

Основное преимущество трехслойной композиции перед обычными высоко-оловянистыми или свинцовистыми баббитами в более высоком сопротивлении образованию усталостных трещин. Сцепление баббита с металлокерамическим скелетом в случае трехслойной композиции гораздо больше, чем с ровной стальной поверхностью при обычной заливке. Неровности рельефа медноникелевово скелета препятствуют распространению усталостных трещин. Металлокерамиче-ский подслой (свинцовистая бронза) сам по себе является материалом с очень высокими антифрикционными свойствами. Поэтому можно значительно снизить толщину баббитового слоя (до 20—75 мк), так как обнажение металлокерамического подслоя при износе или вследствие прогиба вала не связано с вредными последствиями и повысит усталостную прочность.