Растягивающего напряжения

Кроме ширины фланца, на растягивающее напряжение <тр, действующее в опасном сечении заготовки, влияют радиусы скругления кромок матрицы гм и пуансона /•„, а также силы трения, возникающие при перемещении заготовки относительно матрицы и прижима.

где р - растягивающее напряжение на бесконечности; а-1 - длина пластической зоны. Критерий (3.42) позволяет вычислить критическое напряжение :

где F - площадь поперечного сечения заклепки; a - растягивающее напряжение, возникающее в заклепке в конце усадки:

о распределении нормальных напряжений по поперечному сечению балки дают эпюры а. Применительно к рассмотренной балке эти эпюры показаны на рис. 138, б. Очевидно, что наиболее напряженными будут точки А и В, наиболее удаленные от нейтральной линии, причем в точке А действует максимальное растягивающее напряжение, а в точке В — максимальное сжимающее напряжение Для пластичных материалов обе точки одинаково опасны. В случае хрупкого материала более опасной будет точка А. Условие прочности имеет следующий вид:

Примерное положение нейтральной линии для рассмотренною случая внецентренного рас-тяхения бруса показано на рис. 141. Из этого же рисунка видно, чтс в растянутой и сжатой зонах сечения находятся наиболее напр -шенные точки Л и В (в точке А --максимальное растягивающее напряжение, в точке В — максима 1ьное напряжение сжатия). Полезно запомнить, что точка с наибольшим по абсолютному значению напряжением всегда расположена в одном квадранте с точкой приложения силы Р, а знак напряжения в этой точке соответствует характеру действующей силы.

В 1940 г. Дике [24] высказал предположение, что между металлом и анодными включениями (такими, как интерметаллид-ная фаза СиА12 в сплаве 4 % Си—А1), выпадающими по границам зерен и вдоль плоскостей скольжения, возникают гальванические элементы. Когда сплав, подвергнутый растягивающему напряжению, погружен в коррозионную среду, локальное электрохимическое растворение металла приводит к образованию трещин; к тому же растягивающее напряжение разрывает хрупкие оксидные пленки на краях трещины, облегчая таким образом доступ коррозионной среды к новым анодным поверхностям. В подтверждение этого механизма КРН был измерен потенциал на границе

Некоторые котлы оборудуются индикатором хрупкости, с помощью которого можно непрерывно контролировать качество химической обработки воды, выявляя потенциальную способность воды вызывать коррозионное растрескивание под напряжением (рис. 17.3) [21, 22]. Для этого испытывается образец из пластически деформированной котельной стали. Образец находится в напряженном состоянии, которое создается отжимным винтом. Положением винта регулируется слабый ток горячей котловой воды к участку образца, который испытывает наибольшее растягивающее напряжение. На этом же участке вода испаряется. Считается, что котловая вода не вызывает хрупкости стали, если образцы не подвергаются растрескиванию в течение 30-, 60-и 90-дневных испытаний. Проведение таких испытаний является достаточной мерой предосторожности, так как у пластически деформированного образца склонность к растрескиванию более выражена, чем у какого-либо участка котла. Благодаря этому можно при необходимости откорректировать режим подготовки воды, не допуская разрушения котла.

При наличии приложенного или остаточного растягивающего напряжения нержавеющие стали в некоторых средах могут подвергаться транскристаллитному растрескиванию (рис. 18.6). Сжимающие напряжения не опасны. Чем выше растягивающее напряжение, тем короче время до разрушения. Хотя при малых напряжениях время до разрушения может быть большим, практически не существует минимального напряжения, ниже которого не происходит растрескивания при достаточно длительной выдержке металла в соответствующей агрессивной среде.

Отожженные латуни, если к ним не приложено высокое растягивающее напряжение, не подвергаются коррозионному растрескиванию. Чтобы проверить, являются ли остаточные напряжения в холоднообработанной латуни-достаточными для стимулирования КРН в аммиачной атмосфере, металл погружают в раствор, который содержит 100 г нитрита ртути (I) Hg2(NO3)2 и 13 мл HNO3 (плотность 1,42) в литре воды. Выделяющаяся ртуть внедряется вдоль границ зерен напряженного сплава. Если трещины не появляются в течение 15 мин, можно считать, что в сплаве отсутствуют опасные напряжения.

Выбор высокопрочных алюминиевых сплавов весьма велик (некоторые из них приведены в табл. 20.1). Соотношение компонентов и режим термической обработки этих сплавов обычно выбирают с таким расчетом, чтобы склонность к КРН была минимальной. Термическая обработка с образованием твердого раствора влияет на склонность к коррозионному растрескиванию, так как изменяет состав сплава в области границ зерен и микроструктуру сплава [33]. В некоторых случаях эксплуатационные температуры, особенно превышающие комнатные значения, могут приводить к искусственному старению сплава. При этом склонность к растрескиванию может увеличиться, и в присутствии влаги или хлорида натрия произойдет преждевременное разрушение металла. Любой из описанных выше сплавов проявляет наибольшую склонность к растрескиванию в тех случаях, когда растягивающее напряжение действует по нормали к направлению прокатки. По-видимому, в этом случае в процессе участвует большая часть граничных поверхностей удлиненных зерен, вдоль •которых распространяются трещины.

нагрузкой в течение 20—24 ч. За сравнительный количественный показатель сопротивляемости металла сварных соединений образованию XT принимают минимальное растягивающее напряжение от внешней нагрузки ap.min, при котором начинают образовываться трещины (см. рис. 13.27). Указанный метод учитывает, что XT имеют характер замедленного разрушения и образуются в послесварочный период, а предусмотренный им режим нагружения воспроизводит действие различных по значению остаточных сварочных напряжений. Разновидности этого метода отличаются формой и размерами образцов, технологией их сварки, процедурой выявления трещин и применяемым испытательным оборудованием.

Рис. 232. Влияние величины растягивающего напряжения а на коррозионное растрескивание неотожженной латуни марки Л68 в аммиачной воде

где а - угол наклона направления растягивающего напряжения р к оси х, совпадающей с большой осью эллипса; a, b - большая и малые полуоси эллиптического отверстия. Из этого решения можно найти потенциальную энергию деформации :

С ростом внешнего растягивающего напряжения длина пластического слоя в обоих случаях растет. При одинаковых напряжениях длина пластической зоны при плоском напряженном состоянии намного больше длины пластической зоны при плоской деформации.

Опыт показывает, что трещины начинаются на тех участках поверхности, где имеются растягивающие напряжения. Участки, имеющие напряжения сжатия, наоборот, устойчивы против растрескивания. На рис. 85 представлена зависимость склонности латуни к коррозионному растрескиванию от величины растягивающего напряжения.

Рис. 85. Склонность латуни к растрескиванию в зависимости от величины растягивающего напряжения в 10%-ном растворе МН4ОН, насыщенном Си(ОН)2

На рис. 312 показана упругая вытяжка/л болтов-в функции их длины и величины растягивающего напряжения а: (принято ?х = 20 • 103 кгс/мм2).

Условием КРН является совместное действие растягивающего напряжения и специфической среды. Типичные примеры таких сред для некоторых металлов приведены в табл. 7.1. Следует заметить, что анионы, разрушающие металл при КРН, могут не оказывать влияния на скорость общей коррозии. КРН аустенитной

зависимость времени до разрушения от приложенного напряжения, ни типичные данные рис. 7.8 не подтверждают концепцию о существовании некоего порогового значения приложенного напряжения, ниже которого КРН не происходит. Низкие значения поверхностного растягивающего напряжения означают лишь то, что время до разрушения относительно велико.

Во всех этих случаях растрескивание вызывают атомы водорода, проникающие внутрь металла либо в результате коррозионной реакции, либо при катодной поляризации [52]. Сталь, содержащая водород в междоузлиях кристаллической решетки, не всегда разрушается. Она почти всегда теряет пластичность (водородное охрупчивание), но растрескивание обычно происходит только при одновременном воздействии высокого приложенного извне или остаточного растягивающего напряжения. Разрушения такого типа называют водородным растрескиванием под напряжением (или просто водородным растрескиванием). Трещины в основном транскристаллитные. В мартенситной структуре они могут проходить по бывшим границам зерен аустенита [52].

При наличии приложенного или остаточного растягивающего напряжения нержавеющие стали в некоторых средах могут подвергаться транскристаллитному растрескиванию (рис. 18.6). Сжимающие напряжения не опасны. Чем выше растягивающее напряжение, тем короче время до разрушения. Хотя при малых напряжениях время до разрушения может быть большим, практически не существует минимального напряжения, ниже которого не происходит растрескивания при достаточно длительной выдержке металла в соответствующей агрессивной среде.

где V - локальный объем разрушения, выделенный по поперечному сечению в зоне разрушения; LO - размер зоны с предельной плотностью энергии деформации в направлении растягивающего напряжения; Р - нагрузка; a - напряжение; sf - предельная деформация (рисунок 4.18).