Растягивающем напряжении

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

Один и тот же материал после фиксированного режима термообработки в зависимости от условий нагружения (температура, скорость деформации, окружающая среда и пр.) может вести себя и как пластичный, и как хрупкий. Это означает, что одинаковой реакции материала в зоне распространения трещины можно добиться самыми различными сочетаниями условий внешнего воздействия. При различном сочетании растягивающих и сдвигающих напряжений плоскость трещины всегда ориентирована нормально к растягивающему напряжению [35]. Ведущий механизм разру-

Анализ напряженного состояния при вариации параметра ?ц показал, что ведущую роль в развитии трещины играет процесс разрушения при нормальном раскрытии ее берегов [80]. Трещина распространяется перпендикулярно к максимальному растягивающему напряжению в вершине трещины.

Итак, имеется широкий диапазон соотношения компонент главных напряжений в различных областях усталости конструкционных материалов, когда добавление второй компоненты к одноосному растягивающему напряжению не изменяет условий раскрытия берегов трещины и не нарушает ведущего механизма формирования рельефа излома — усталостных бороздок. Они могут быть использованы в качестве критерия подобия физических процессов в кинетике усталостных трещин в условиях одно- и двухосного нагружения. Независимо от траектории трещины по отношению к направлению действия компоненты растяжения CTi раскрытие берегов трещины по типу KI может произойти, когда правомерно определение =Ф1) и/или использование критерия c,?iT,6,R). Каждый критерий позволяет поставить в соответствие единственному значению скорости da/dN единственное значение одного из указанных параметров.

Анализ напряженного состояния материала образцов в условиях совместного скручивания и растяжения показал [5], что ведущую роль в развитии трещины применительно к рассматриваемым условиям нагружения играет нормальное раскрытие ее берегов. Трещина распространяется нормально к максимальному растягивающему напряжению в ее вершине. При этом процесс распространения усталостной трещины связан с формированием в изломе усталостных бороздок. Поэтому оценка скорости роста трещины и уровня эквивалентного напряжения в этих условиях может быть осуществлена с использованием синергети-ческого подхода на основании единой кинетической кривой (см. главу 5). Усталостные бороздки не формируются только в случае несинфазного нагружения в противофазе, когда асимметрия цикла J? = 0, что было обсуждено в главе 6.

Всестороннее давление —Р\ является реакцией, соответствующей ограничению несжимаемости. Для удобства из этого напряжения вычитается его проекция на направление волокна с тем, чтобы величина Т была равна полному растягивающему напряжению на площадках, перпендикулярных направлению а.

10Мы можем ввести гипотезу, что трещины распространяются в результате образования и активации докритических микротрещин внутри критического объема впереди основной трещины. Для любого материала можно положить, что микроскопические трещины случайно распределены по объему тела, следовательно, имеются и в окрестности кончика трещины. В изотропных материалах в окрестности кончика основной трещины под действием поля повышенных напряжений будет расти микротрещина, ортогональная максимальному растягивающему напряжению (о"втах, рис. 18, а). Тогда основная трещина распространяется путем слияния с микротрещинами в этом направлении. При различных условиях нагружения, например антисимметричных нагрузках, согласно наблюдениям Эрдогана и Си [15], это направление распространения не совпадает с направлением основной трещины.

Нагревательное устройство, которое находилось внутри камеры, заменено нагружающим устройством. Применение миниатюрных образцов позволило осуществить прямое их нагружение грузами непосредственно в камере. В корпусе камеры / на резьбе укреплен медный блок 2, а слева на вертикальной стойке через изолирующую прокладку установлен вольфрамовый ролик 3, через который проходит исследуемый образец 4, имеющий форму ленты. На свободный конец образца подвешен груз Р, масса которого соответствует выбранному растягивающему напряжению. Так как диаметр камеры составляет всего 33 мм, в ней могут помещаться платиновые грузы массой не более 105 г, следовательно, при изучении образца сечением 0,12x0,12 (или 0,12X0,2 мм, если образцы доводятся до разрушения) могут быть получены напряжения не более 7,5 кгс/мм2.

Применим (3) к частному случаю внутренней трещины эллиптической формы и постоянному растягивающему напряжению

Существует и такая точка зрения на первую теорию, что в критерий предельного состояния должно вноситься лишь опасное растягивающее напряжение и проверка соответственно должна производиться лишь по максимальному растягивающему напряжению.

Чтобы установить пропорциональность порядка полос п растягивающему напряжению а в любой момент времени после приложения нагрузки, для этих кривых по табл. 5.7 проверялась

Так как усталостная трещина начинается в поверхностном слое, то чем тщательнее обработана поверхность образца (детали), тем выше предел выносливости. По сравнению с полированными образцами стали (ап = 1000 МПа) предел выносливости шлифованных образцов снижается на 10—15 %, а фрезерованных на 45—50%, С увеличением размера образца предел выносливости уменьшается («масштабный фактор»). Предел выносливости изделий всегда ниже, чем образцов. Чем больше растягивающие напряжения на поверхности, тем ниже выносливость. Увеличение сжимающих напряжений при неизменном растягивающем напряжении смещает кривую усталости в направлении больших напряжений. Это объясняется тем, что растягивающие напряжения способствуют раскрытию трещины, а сжимающие, наоборот, затрудняют.

Если металл при постоянном растягивающем напряжении в специфической коррозионной среде растрескивается сразу после нагружения или спустя определенное время, это разрушение называется коррозионным растрескиванием под напряжением (КРН). Такое определение приложимо и к растрескиванию, вызываемому абсорбцией водорода, выделяющегося в процессе коррозионной реакции. Различие между этими двумя типами растрескивания обсуждается в гл. 7.

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].

ГОСТ 9.065 - 76. ЕСКЗС. Резины. Метод испытаний на стойкость к воздействию жидких агрессивных сред при постоянном растягивающем напряжении. ГОСТ 9.066 - 76. ЕСКЗС. Резины. Метод испытаний на стойкость к старению при воздействии естественных климатических факторов.

(б) Концентрация упругих напряжений. При одноосном растягивающем напряжении основное влияние включений состоит в повышении величины напряжений в локальных областях концентрации напряжений? и в нарушении одноосности поля напряжений. В работах [23, 35] проведен анализ напряжений для модели, состоящей из изолированной частицы в бесконечной гомогенной матрице при условии, что и матрица, и частица упругие и изотропные. На рис. 4 и 5 приведены результаты вычислений с использованием этой модели, где индексы 1 и 2 относятся соответственно к включению и к матрице. Максимальная концентрация напряжений по границам жесткого сферического включения (E^EZ = оо) или сферической полости (Е^Е^ = 0) равна 2, хотя концентрация напряжений у несферических включений может быть существенно

Рис. 21. Зависимость плотности анодного тока от времени для проволоки из стали 18/8 в неподвижном растворе при потенциале -0,14 в (н.в.э.) и растягивающем напряжении 4%/мин; А - прекращение растяжения (1- нагрузка сохранена, 2 - нагрузка снята)

Один из современных подходов к объяснению эффекта прекращения роста усталостной трещины при уменьшении амплитуды цикла напряжений основан на явлении так называемого' закрытия трещины. Он состоит в следующем. Изменение скорости роста трещины, связанное с изменением амплитуды напряжений, зависит от амплитуды коэффициента интенсивности напряжений Д/(. Однако величина А/С, определенная по полному размаху напряжений, не является действительной, определяющей рост трещины, поскольку трещина не остается открытой на протяжении всего цикла нагружения [20]. Возникновение зоны пластической деформации у вершины трещины при максимальном растягивающем напряжении знакопостоянного цикла ведет к образованию остаточных напряжений сжатия, которые при разгрузке могут закрыть трещину [14]. При знакопеременном цикле напряжений трещина закрывается при действии сжимающих напряжений цикла, однако и в этом случае эффект возникновения зоны пластической деформации у вершины трещины приводит к более раннему ее закрытию. Истинная скорость распространения усталостной трещины зависит от так называемого эффективного размаха коэффициента интенсивности напряжений ЛКЭф, определяемого по части цикла нагружения, в которой трещина находится в открытом состоянии.

Температурно-напряженные условия теплосмены, принятые в настоящей работе, приводят к тому, что в течение каждого температурного полуцикла, как на стадии нагрева, так и на стадии охлаждения имеет место кратковременный переход сплава в состояние сверхпластичности, что характеризуется резким возрастанием скорости ползучести. Так, например, в полуцикле нагрева при растягивающем напряжении 2,0 кгс/мм2 при прохождении температуры в районе 860—870°С скорость ползучести скачкообразно возрастает, более чем в 20 раз превышая скорость нормальной ползучести как на предшествующей, так и на последующей стадиях теплосмены.

кривая заменяется диаграммой, изображенной на рис. 10.4. Как видно из диаграммы, при растягивающем напряжении, меньшем предела текучести, т. е. при ст<сгт) модель ведет себя как тело Гука (участок ОА). При Достижении напряжением значения ат начинается пластическое течение (участок АВ); деформация здесь является неопределенной и может неограниченно возрастать. Разгрузка протекает упруго с тем же модулем упругости, что и при нагружении (ОА и ВС параллельны). Если OD — полная деформация, то CD определяет ее упругую долю, а ОС —остаточную. Сжатие подчиняется тем же закономерностям, причем можно принять стт = ат. Тело, поведение которого определяется диаграммой на рис. 10.4, называется идеальным упруго-пластическим (тело Прандтля).

Рис. 3. Кривые ползучести суперсплава (X — разрушение образца) с поликристаллической структурой (размер зерна 300 мкм) при 760°С и растягивающем напряжении 483 МПа на воздухе (/), в вакууме (2) и на воздухе при наличии поверхностного осадка Na2SO4 (3) [14]. Для вакуума Fc=0,85, /^=—0,61, FD = 0,Sl; для Na,SO, Fc=-0,26, FL<= =+0,06, FD — —0,66

Рис. 4. Кривые ползучести суперсплава (X—разрушение образца) с поликристэл-лической структурой (размер зерна 300 мкм) при 982 "С и растягивающем напряжении 108 МПа на воздухе (/), в вакууме (2) и на воздухе при наличии поверхностного осадка NajSO* (3) [14]. Для вакуума Fc=— 0,36, Fb=-0,63, FD = =-0,63; для Na2SO, Fc=-9,44, FL— =-0,93, FD=-0,67