Возникновение напряжений

В условиях циклического деформирования могут наблюдаться те же механизмы зарождения трещин, которые свойственны и другим видам нагру-жения: механизм слияния дислокаций, механизм заторможенного сдвига, механизм вскрытия полосы скольжения, механизм Коттрелла - зарождение микротрещин на пересечении полос скольжения, образование субмикротре-щин на краю субграницы, образование трещин при взаимодействии двойников, возникновение микротрещин на поверхностях раздела. Во многих случаях невозможно провести четкую грань между различными вариантами и исключить еще серии механизмов, не укладывающихся ни в один из названных. На рис. 22 - 25 представлены некоторые механизмы зарождения усталостных трещин на стадии деформационного упрочнения. В сплавах железа зарождение усталостных микротрещин часто происходит в устойчивых полосах скольжения по сдвиговому механизму (рис. 26).

414. Возникновение микротрещин скола в поликристаллическом железе и стали / Дж. Т. Хан, Б'. Л. Авербах, Н. С. Оуэне, М. Коэн // Атомный механизм1 разрушения.— М. : Металлургиздат, 1963.— С. 109—138.

Характер сдвиговых процессов в материале плакирующего слоя показан на рис. 134, г—е, который иллюстрирует неравномерность «раскрытия» полос скольжения, имеющих вид прерывистых линий. В участках максимальной деформации и в зонах сосредоточения различных дефектов и несовершенств происходит наиболее интенсивное разрыхление поверхности материала, сопровождающееся появлением и накоплением необратимых структурных изменений и очагов разрушения, вызывающих возникновение микротрещин. Кроме того, накопление повреждений при усталости происходит и во внутренних микрообъемах биметалла.

наличии необнаруженного дефекта материала или неучтенного концентратора напряжений возможно местное разрушение — возникновение микротрещин. Для одних материалов развитие образовавшейся трещины будет протекать лавинообразно, для других — постепенно или даже остановится.

Характерной особенностью поведения чугуна при высоких температурах является его рост, связанный с необратимым увеличением объема. Этот рост особенно увеличивается при термоциклировании — периодическом нагреве и охлаждении. Причинами роста чугуна являются графитизация при нагреве и выделение растворенного углерода на новых центрах графитизации при охлаждении, а также проникновение кислорода во внутрь изделия, приводящее к окислению металлической матрицы чугуна особенно по границам включений графита или по границам зерен. Рост весьма велик, когда имеет место неодновременное Fea^± FeY превращение в различных слоях металла при частых колебаниях температуры. Это приводит к объемным изменениям, создающим сжимающие и растягивающие напряжения, обусловливающие возникновение микротрещин. Микротрещины сами увеличивают объем чугуна и служат добавочными каналами для окисления металлической основы агрессивными газами.

Разрушение может быть хрупким (в металлах — квазихрупким) и (или) вязким. Механизм зарождения трещин одинаков как при хрупком, так и при вязком разрушении. Возникновение микротрещин чаще происходит благодаря скоплению движущихся дислокаций (пластической деформации) перед препятствием (границами зерен, межфазными границами, перед всевозможными включениями и т. д.).

Возникновение микротрещин при вязком и хрупком разрушениях происходит путем скопления дислокаций перед границами зерен (рис. 2.5) или другими препятствиями (неметаллические включения, карбидные частицы, межфазовые границы и др.), что приводит к концентрации напряжений. При анализе микроструктуры различают транскристаллитное (по телу зерна) и интеркристаллитное (по границам зерен) разрушения. Разрушение металла в условиях эксплуатации конструкций и машин может быть не только вязким или хрупким, но и смешанным — вязкохрупким.

усталость. На рис. 78 приведено влияние температуры цикла на возникновение микротрещин на поверхности клиновых образцов. Видно, что на повышение сопротивления термической усталости существенное влияние оказывают такие легирующие добавки, как хром, молибден и ванадий.

абразивное действие, возникновение микротрещин при контакте шероховатостей и расслоение поверхности. Пока еще 'не создано модели, достаточно хорошо описывающей явление фреттинг-из-носа и позволяющей производить расчеты. Для оценки потери веса вследствие фреттинга предложено [7] следующее выражение:

Измерения в зоне трещины показывают, что микротвердость в ней ниже, чем средняя микротвердость. При квазистатическом типе разрушения не наблюдалось образования микротрещин вплоть до разрушения — накопление повреждений (уменьшение сечения за счет сужения опережало накопление повреждений за счет трещин). Смешанному типу свойственно как образование шейки, так и возникновение микротрещин на второй стадии нагружения, характеризующейся падением и дальнейшей стабилизацией микротвердости.

Разрушение может быть хрупким (в металлах — квазихрупким) и (или) вязким. Механизм зарождения трещин одинаков как при хрупком, так и при вязком разрушении. Возникновение микротрещин чаще происходит благодаря скоплению движущихся дислокаций (пластической деформации) перед препятствием (границами зерен, межфазными границами, перед всевозможными включениями и т. д.). При большой плотности дислокаций происходит их слияние с образованием микротрещины. Трещина образуется в плоскости, перпендикулярной плоскости скольжения, когда плотность дислокаций достигает 1012—1013 см"2, а касательные напряжения у вершины их скопления ~0,7G. При хрупком разрушении возникшая трещина становится нестабильной и растет самопроизвольно, если ее длина (при заданном напряжении) превышает некоторое критическое значение, а вершина трещины сохраняет остроту, соизмеримую (по радиусу у вершины) с атомными размерами. В этом случае напряжения на краю трещин оказываются достаточными для нарушения межатомной связи. При разрушении распространяющаяся трещина будет окаймлена узкой зоной пластической деформации, на создание которой затрачивается дополнительная энергия. Вязкое и хрупкое разрушения различаются между собой по величине пластической зоны у вершины трещины. При хрупком разрушении величина пластической зоны в устье трещины мала. При вязком разрушении величина пластической зоны, идущей впереди распространяющейся трещины, велика, а сама трещина затупляется у своей вершины.

наличии необнаруженного дефекта материала или неучтенного концентратора па-пряжений возможно местное разрушение — возникновение микротрещин. Для одних материалов развитие образовавшейся трещины будет протекать лавинообразно, для других — постепенно или даже остановится.

и структуру металла, по и его технологические и прочностные свойства. Необходимо принимать во внимание агрессивность среды, которая, несомненно, является основным фактором коррозионного процесса, и ряд дополнительных факторов, влияющих на скорость разрушения металлов и могущих ускорить или замедлить его. Такие факторы, как скорость движения раствора, изменение температуры, наличие окислителей, доступ газов, возникновение напряжений и др., могут коренным образом изменить характер и вид коррозионного разрушения.

неравномерное изменение объема и возникновение напряжений.

В качестве наполнителя используют огнеупорные материалы, которые имеют одинаковый коэффициент термического расширения (КТР) с материалом оболочки, так как при различии в КТР возможно возникновение напряжений и трещин в оболочковой форме при ее прокаливании и заливке. Поэтому кварцевый песок менее эффективен, так как он имеет ряд полиморфных превращений, что сопровождается изменением объема (2,4 - 4,7%).

При взаимном внедрении неровностей шероховатых поверхностей многократно возникают напряжения и деформации, которые зависят от условий нагружения, сил трения, упругих и пластических свойств материалов, форм и размеров неровностей. Возникновение напряжений и деформаций, многократно повторяясь, приводит к разрушению на отдельных участках трущихся поверхностей и к отделению частиц материала. Такой процесс поверхностного разрушения рассматривается как фрикционно-контактная усталость [52, 56].

в металлах с крупнозернистой структурой, имеющих транскри-сталлитное строение, т. е. когда кристаллиты имеют упорядоченное строение и их продольные размеры больше поперечных. Примером могут служить титан, аустенитные швы, медь. Вторая причина —термомеханическое воздействие в процессе изготовления проката, которое делает его структуру слоистой, так как волокна металла и неметаллические включения в процессе деформирования оказываются вытянутыми вдоль плоскости листа. Третья — локальная термическая обработка материала, которая обусловливает возникновение напряжений и, как следствие, изменение механических свойств материала.

Остаточные деформационные напряжения повышаются в процессе пластического деформирования вследствие различных пределов текучести компонентов. В работе [73] показано, что при растяжении компонент с более высоким пределом упругости после разгрузки останется растянутым в направлении приложения нагрузки, а более слабый компонент после разгрузки испытывает сжатие. Возникновение напряжений в процессе пластической деформации обсуждается в следующем разделе.

Таким образом, расчеты показывают, что разность температур на локальном участке змеевика (в некоторые моменты эксплуатации печи, в частности, при паро-воздушном выжиге) могут вызывать возникновение напряжений, превышающих допустимые напряжения. Это позволяет сделать вывод о возникновении поверхностных трещин в момент паро-выжига кокса.

и возникновение напряжений

3-я группа. Механич. свойства при скоростях нагружения, для к-рых процесс деформации характеризуется прохождением упругих и упругопластич. волн. При действии взрыва или удара снаряда с достаточно высокой скоростью, создается особый вид нагружения, заключающийся в образовании и прохождении ударной волны. При достижении волной рассматриваемого сечения в нем мгновенно, т. е. в промеж5'ток времени, не поддающийся учету, как несоизмеримо малый по сравнению со временем прохождения волны через данное сечение, напряжение возрастает, затем спадает по тому или иному закону. Такое нагружение, длящееся, как правило, весьма небольшой промежуток времени (микросекунды), носит название импульсивного. Прохождение ударных волн вызывает ряд специфических эффектов. На рис. 7 видно, что по достижении свободной границы происходит отражение волны, волна меняет знак. Если к свободной границе подойдет волна сжатия, то отразится волна растяжения. Возникновение напряжений растяжения может вызвать разрушение материала. В тех случаях, когда,

Возникновение напряжений в среднем стержне, равных пределу текучести, не означает, что узел О может перемещаться без возрастания силы Р, так как опусканию узла О препятствуют крайние стержни, в которых напряжения еще не достигли предела текучести. Таким образом, пластическая деформация среднего элемента задерживается крайними. Здесь картина совершенно аналогична наблюдавшейся при рассмотрении концентрации напряжений вблизи отверстия в растянутой пластичной полосе. Таким образом, возникновение в среднем стержне напряжений, равных пределу текучести, еще не является опасным для системы. Система еще способна продолжать сопротивляться возрастающей нагрузке.

В расчете по допускаемым напряжениям исходят из того, что опасным является такое состояние сооружения, при котором хотя бы в одной точке его- напряжения достигают величины опасного напряжения. На самом деле, если материал сооружения находится в пластичном состоянии, то, если напряженное состояние не является однородным, возникновение напряжений в какой-то точке сооружения, равных пределу текучести, еще не вызывает опасного состояния сооружения. Последнее возникает при нагрузке, превосходящей, ту, которая впервые вызывает напряжения сгт в какой-либо точке сооружения.