Возникновению микротрещин

•- не должны способствовать возникновению локальных видов коррозии, ухудшать механические свойства сталей, оказывать розрушающее действие не уплотнителъные материалы, применяемые в насосах, задвижках, фланцевых соединениях;

структуршяе составляющие будут иметь разные стационарные потенциалы, что приводит к возникновению локальных токов, и через некоторое время поверхность металла принимает практически одинаковый потенциал по отношению к раствору. При этом суммарный ток катодной .реакции по всей поверхности сплава (S *н) будет равен суммарному току растворения сплава (?J 1а). На рис. 13 приведена диаграмма, показывающая установление коррозионного потенциала для полностью поляризованного сплава. В отличие от диаграммы Эванса за начальное положение анодных кривых принимается равновесный потенциал каждой структурной еоетавляющей и физически неоднородного участка металла и равновесный окислительно-восстановительный потенциал среды.

При ПИТТИНРОВОЙ коррозии основное коррозионное разрушение локализуется на отдельных небольших участках металла (магний, алюминий, железо, никель, титан и др.) и протекает с большой скоростью, что может приводить к сквозной точечной коррозии металла. Питтинговая коррозия наблюдается, обычно, когда основной металл находится в пассивном состоянии. Ионы-акти» ваторы (СГ, Вг~, I") адсорбируются в основном на участках поверхности, где пленка оксида несовершенна (металлические или неметаллические включения, искажающие или нарушающие кристаллическую структуру оксида) [22]. Анионы частично замещают кислород в оксиде и образуют хорошо растворимые поверхностные комплексные ионы. Пассивная пленка нарушается, и металл начинает непосредственно контактировать с раствором. Потенциал металла на этих участках имеет более отрицательное значение, чем потенциал основного металла, покрытого оксидной пленкой, что приводит к возникновению локальных токов. Если пассивная пленка не обладает большим омическим сопротивлением, то система заполяризовывается и на участках питтингооб-разования в основном протекает интенсивно анодный процесс, а катодный процесс восстановления окислителя идет на пассивной поверхности металла. При этом миграция анионов-активаторов идет в оеновном к участкам питтингообразования.

Формование прессованием ограничено главным образом наличием модельных плит необходимого размера, а также станочного оборудования, используемого для производства модельных формовочных плит. С практической точки зрения размеры деталей, изготовляемых из формовочной массы или листовой композиции, зависят от отношения размера детали к его толщине. Вследствие течения упрочняющего волокна вместе со смолой в процессе формования происходит переориентация волокон, что может приводить к возникновению локальных областей с пониженной прочностью, поэтому, во избежание этого явления, течение волокна должно быть сведено к минимуму.

В предыдущих исследованиях, о которых здесь упоминалось, материал матрицы предполагался упругим. Однако во многих практически важных случаях связующим является полимер с вязкоупругими свойствами, которые могут быть описаны соотношениями линейной теории вязкоупругости. Наличие разрывов в волокнах (вследствие их неравнопрочности) приводит к возникновению локальных сдвиговых напряжений в матрице, которые, как можно предположить, релаксируют. В результате все более длинные части волокон около разорванных концов не могут нести нагрузку. Такая последовательность разрывов, следующих один за другим, наводит на мысль о существовании временной зависимости процесса разрушения волокнистых композитов даже для однонаправленных, нагруженных в направлении Т волокна. Дадим здесь краткий обзор модели Розена [56], на которой основывается и наша, с тем чтобы применить ее к анализу вязкоупругой матрицы.

Рис. 7.5. К возникновению локальных экстремалей приведенного момента всех действующих сил (случай при »=1, ге=2)

Местные искажения кристаллической решетки в зонах дислокаций приводят к возникновению локальных самоуравновешенных полей усилий в межатомных связях с накоплением соответствующей потенциальной энергии. При достаточном сближении двух или более дислокаций, скользящих в пересекающихся плоскостях, зоны местных искажений кристаллической решетки и соответствующих местных усилий перекрываются, причем, если в результате этого перекрытия общая потенциальная энергия возрастает, то возникают силы отталкивания, препятствующие сближению дислокаций, что создает сопротивление их скольжению и ведет к упрочнению материала. Если же общая потенциальная энергия в результате объединения дислокаций убывает, то возникают силы притяжения, и такие «разнозначные» дислокации частично или полностью друг друга нейтрализуют. В реальных кристаллах плоскости скольжения множества дислокаций распределяются неравномерно, группируясь в пачки, которые образуют так называемые «полосы скольжения», являющиеся зонами интенсивных макроскопических деформаций сдвига. Между этими полосами остаются слои материала, не испытывающего пластических сдвигов.

Повторяющиеся циклы нагрева и охлаждения инициируют в детали термические напряжения, которые после превышения определенной величины, зависящей от материала и условий нагружения, приводят к возникновению локальных микротрещин. Последние, развиваясь, образуют макротрещины, что в итоге приводит к разрушению детали.

Разрушение при ударе происходит, когда в результате действия неустановившихся нагрузок в детали возникают такие напряжения или деформации, что деталь уже не в состоянии выполнить предназначенную ей функцию. Разрушение происходит в результате взаимодействия волн напряжений и деформаций, являющихся следствием динамического или внезапного приложения нагрузок. Взаимодействие волн может приводить к возникновению локальных напряжений и деформаций, во много раз превышающих возникающие при статическом приложении тех же самых нагрузок. Если величины напряжений и деформаций таковы, что происходит разделение детали на две или более частей, то налицо разрыв при ударе. Если удар приводит к возникновению недопустимых упругих или пластических деформаций, такое разрушение называется деформированием при ударе. Если при повторных ударах возникают циклические упругие деформации, в результате чего появляется сетка усталостных трещин, при росте которых наблюдается описанное ранее явление поверхностной усталости, то процесс называется ударным износом.

Разрушение в результате коррозии под напряжением наблюдается, когда действующие напряжения приводят к возникновению локальных поверхностных трещин, располагающихся обычно вдоль границ зерен, в детали, находящейся в коррозионной среде. Часто образование трещин инициирует начало процессов разрушения других видов. Разрушение в результате коррозии под напряжением

Влияние напряженного состояния детали при фреттинге для некоторых различных случаев [16] показано на рис. 14.5, включая случаи действия растягивающего и сжимающего статических средних напряжений цикла при фреттинге. Из рассмотрения приведенных на рис. 14.5 результатов следует интересный вывод, что фреттинг в условиях действия сжимающего среднего напряжения, либо статического, либо циклического, сильно снижает усталостные характеристики материала. Это на первый взгляд не согласуется с тем, что сжимающие напряжения благоприятно сказываются при усталостном нагружении. Однако установлено [17] (рис. 14.6), что сжимающие напряжения при фреттинге, значения которых приведены на рис. 14.5, в действительности приводят к возникновению локальных остаточных растягивающих напряжений в зоне фреттинга. Аналогично растягивающие напряжения при фреттинге, значения которых приведены на рис. 14.5, служат причиной возникновения локальных остаточных напряжений сжатия в зоне, подвергнутой фреттингу. Эти локальные напряжения сжатия впоследствии благотворно сказываются на минимизации повреждений при фреттинг-усталости.

В практических условиях работы реактивного двигателя возможно возникновение трения между титановыми деталями, например несоосность ротора и статора компрессора приводит к касанию концов лопаток внутренней поверхности корпуса. Низкая теплопроводность титана способствует возникновению локальных перегревов вплоть до температуры плавления. При этих условиях возможно возгорание титановых деталей. Кроме касания, причиной может быть обрыв одной из лопаток и втягивание ее в компрессор.

связан с разрушением продуктов окисления вследствие деформации и появлением ювенильных поверхностей металла, а также с понижением его термодинамической устойчивости. Процессы окисления на ювенильных участках металла замедляют дальнейший сдвиг потенциала в отрицательную сторону. Незначительное понижение потенциала на // участке кривой соответствует началу сдвигообразований в структуре металла, ускоренных коррозионным и адсорбционным влиянием среды. Металлографический анализ образцов выявляет в поверхностных зернах следы субмикроскопических сдвиговых процессов, предшествующих возникновению микротрещин. Нами установлено [34], что при воздействии поверхностно-активной среды на циклически деформируемое армко-железо имеет место облегчение его пластической деформации, которое выражается увеличением количества зерен, вовлеченных в процесс пластического течения, и в том, что появление видимых линий скольжения возникает на более ранних стадиях. Особенностью сдвиговых процессов железа в присутствии 2 %-ного раствора олеиновой кислоты в масле, которую использовали в качестве поверхностно-активной среды, является почти мгновенный ввод в действие большого числа плоскостей скольжения, т.е. увеличение ширины и плотности линий скольжения по сравнению с испытаниями в воздухе.

Исследования процессов пластической деформации поликристаллических материалов [49, 51, 56, 59, 65—68] с точки зрения особенностей, приводящих к возникновению микротрещин, убедительно свидетельствуют, что появление микротрещин — естественный результат действия самого механизма пластического деформирования металла. Пластическая деформация металла уже на ранних стадиях сопровождается возникновением зародышевых микротрещин. Процесс накопления повреждений определяется кинетикой напряженно-деформированного состояния при упруговязконла-стическом деформировании материала. Оба процесса необратимы и определяются не только текущими значениями соответствующих параметров, но и всей предшествующей историей изменения этих параметров и, следовательно, должны описываться дифференциальными неголономными зависимостями, которые могут быть проинтегрированы только в случаях, когда задан путь нагруже-ния (деформирования).

ной поверхности находится обычно вне класса, а влияние длительных дуговых импульсов приводит к возникновению микротрещин глубиною до нескольких миллиметров. Тем не менее этот метод с успехом используется для обдирки слитков и зачистки после литья.

Выполненные расчеты не претендуют на количественную оценку влияния пульсации температуры на срок службы экранных труб. На конкретном примере показано, что возникшие в трубах НРЧ при работе котла пульсирующие температурные напряжения при достаточно большом числе циклов приводят к возникновению микротрещин усталостного характера. В свою очередь трещины, особенно в агрессивной газовой среде мазутных парогенераторов, интенсифицируют процессы высокотемпературной газовой коррозии.

кансии, инородные включения и др.) вызывают беспорядочное образование микропор. Под воздействием циклического нагру-жения свыше определенного уровня происходит постепенный рост и слияние микропор, которое приводит к возникновению микротрещин, превращающихся со временем в усталостные трещины. Поверхностные концентраторы напряжений (впадины микронеровностей, прижоги при шлифовании и т. п.) и сила трения способствуют росту усталостных трещин и выходу их на поверхность. Благодаря трению происходит пластическое смещение материала, и трещины ориентируются наклонно к поверхности.

- вследствие мгновенного нагрева поверхности заготовки до температуры плавления металла и резкого охлаждения в среде диэлектрической жидкости возникают температурные напряжения, приводящие к возникновению микротрещин;

Рис. 14.2. Идеализированное схематичное изображение концентрации напряжений, возникающей при контакте шероховатостей и приводящей к возникновению микротрещин. 1 — образец; 2 — микротрещины фреттинга) 3 — зона фреттинга.

но ожидать, что описанный механизм приведет к возникновению микротрещин, продольные оси которых будут перпендикулярны направлению движения, приводящего к фреттингу. Эти трещины будут расположены в областях, примыкающих к зоне контакта.

Выпадение мелкодисперсных частиц вызывает повышение сопротивления деформированию, и на первой стадии нагруженияг когда частицы еще малы, наблюдалось сильное уменьшение ширины петли и рост предела текучести [69, 70]. Коагуляция частиц, вызывавшая ослабление границ зерен, на некоторой стадии нагружения, зависящее от уровня нагрузки, приводила к возникновению микротрещин по границам зерен, и при измерении деформаций на определенной базе образца получали увеличение ширины петли гистерезиса. Повышение сопротивления деформированию на первых стадиях нагружения связано в основном с блокированием дислокаций выпавшими частицами, эффективность которой зависит также и от количества частиц. Увеличение размера частиц на последующих стадиях нагружения сопровождается в основном за счет их коагуляции и в связи с этим уменьшением плотности частиц. Последнее обстоятельство облегчает перемещение дислокаций либо за счет их отрыва, либо за счет переползания. В результате на последующих стадиях нагружения уменьшается сопротивление материала малоцикловому деформированию, и это также наряду с ростом доли деструктивной деформации за счет роста поврежденности материала приводит к увеличению ширины петли гистерезиса.

Хрупкие разрушения связаны с наличием внутренних дефектов размером больше критического. Если размер включений составляет 5—10 мкм и более, опасность хрупкого разрушения возрастает. Особенно опасны оксиды и нитриды, выделяющиеся по границам аустенитных зерен. В окрестностях неметаллических включений пластическая деформация стеснена вследствие скопления дислокаций, выделения на дислокациях примесных атомов и т. д. Из-за стеснения пластической деформации напряжения растут, что приводит к возникновению микротрещин. Микронапряжения в окрестностях включений, вызванные различием физических свойств металла и включения, достигают 250 МПа. Напряженное состояние вокруг включений усугубляется существующими в металле термическими напряжениями.