Виды разрушения металлов

Виды разрушения металлов

РАЗРУШЕНИЕ

В большинстве случаев деформация по достижении достаточно высоких напряжений заканчивается разрушением. Процесс разрушения начинается с образования трещин субмикроскопических размеров и заканчивается макроскопическим разделением образца или конструкции на отдельные части. Ряд важнейших механических свойств металлов и сплавов характеризует их сопротивление разрушению, величину или работу деформации до разрушения.

В начале предыдущей главы говорилось о наличии трех видов напряжений: сжимающих (отрицательных нормальных), растягивающих (положительных нормальных) и касательных. Сжимающие напряжения сами по себе не могут вызвать разрушения. Оно происходит под действием растягивающих или касательных напряжений. В макроскопических теориях прочности различают два вида разрушения: 1) отрыв в результате действия растягивающих напряжений и 2) срез под действием касательных напряжений.

В табл. 2.5 представлены схемы разрушения при разных схемах нагружения. Пользуясь табл. 2.5, можно по внешнему виду разрушенных образцов определять вид разрушения (отрыв или срез), что в некоторых случаях имеет практическое значение. Но представленные схемы разрушения могут быть точно реализованы лишь в том случае, если заданная при нагружении схема напряженного состояния остается неизменной от начала испытания и до окончательного разрушения образца. На самом деле эта схема может меняться как в процессе пластической деформации (например, при образовании шейки в растягиваемом образце), так и в процессе разрушения в результате образования трещин. Поэтому вид разрушенных образцов часто отличается от предсказываемого.

Считается, что отрыв может произойти без предварительной макропластической деформации, в то время как разрушению путем среза такая деформация всегда предшествует. Поэтому отрыв часто соответствует хрупкому, а срез — вязкому (пластичному) разрушению. Именно на эти два типа подразделяется большинство случаев разрушения в металловедении.

Твердо установлено, что любому, в том числе хрупкому разрушению металлов и сплавов, предшествует какая-то пластическая деформация. Перед хрупким разрушением она обычно намного меньше, чем перед вязким, но четкой количественной границы здесь провести нельзя.

Таблица 2.5. Схемы разрушения путем отрыва и среза при различных механических испытаниях (по Я.Б.Фридману)

Вид испытания Схема нагружения Направление действия напряжений Вид разрушения
нормальное касательное отрыв срез
Растяжение
Сжатие *
Кручение
Изгиб

*При наличии контактных сил трения.

Оба типа разрушения – вязкое и хрупкое – включают в себя две стадии: 1) зарождение трещины и 2) ее распространение. По механизму зарождения трещин они принципиально не различаются. Качественное различие между ними связано с энергоемкостью и скоростью распространения трещины. При хрупком разрушении эта скорость очень велика, она достигает 0,4 – 0,5 скорости распространения звука в материале образца. В случае же вязкого разрушения трещина распространяется в основном с относительно малой скоростью, соизмеримой со скоростью деформации образца.

Энергоемкость вязкого разрушения значительно больше потому, что при развитии вязкой трещины пластическая деформация идет не только вблизи ее вершины, но по значительному объему детали или образца. В результате работа, необходимая для продвижения трещины, здесь значительно больше, чем при развитии хрупкой трещины, когда пластическая деформация локализована в узком слое у ее вершины.

Вторая стадия разрушения является наиболее важной. Именно она в основном определяет сопротивление материала разрушению. Стадия распространения трещины тоже состоит из двух стадий – докритического, относительно медленного развития трещины, когда процесс разрушения еще можно контролировать, и закритического распространения трещины, когда окончательное разрушение становится очень быстрым, трудно управляемым и часто необратимым.

Такое подразделение второй стадии процесса разрушения на до- и закритическую подстадии имело принципиальное значение для инженерной практики. Если до недавнего времени конструкция с любой трещиной считалась непригодной для эксплуатации, то теперь при конструировании основным стал принцип «безопасного повреждения», который допускает эксплуатацию при наличии трещин на докритической стадии их развития.

В поликристаллах трещина при разрушении может распространяться по телу зерна или вдоль границ. Соответственно различают внутризеренное (транскристаллитное) и межзеренное (интеркристаллитное) разрушение. При низких температурах межзеренное разрушение обычно наблюдается в хрупких материалах и обусловлено наличием на поверхности границ зерен частиц хрупких избыточных фаз или сегрегации примесей. Такое разрушение может происходить также при повышенных температурах, в условиях интенсивного развития межзеренной деформации. Тенденция к межзеренному разрушению усиливается по мере уменьшения скорости деформации.

Современные представления о разрушении исходят из того, что это процесс, идущий во времени параллельно с деформацией. Особенность разрушения заключается в том, что оно является значительно более локальным и структурно-чувствительным, чем все виды деформации. Действительно, развитие трещины определяется структурой и свойствами материала в непосредственной близости (на микронных расстояниях) от ее вершины. Таким образом, характеристики макроразрушения образца или конструкции определяются локальными процессами в микрообъемах.

Материаловедение: основы теории разрушения

Вт, 31 Январь 2012 | Тема: Технологии

Простое разрушение — это разделение тела на две или более частей, происходящее при приложении статического (т.е. постоянного или медленно изменяющегося во времени) напряжения при температуре, сравнительно низкой по сравнению с температурой плавления материала. При этом приложенные напряжения могут быть растягивающими, сжимающими или сдвиговыми.

Разрушение конструкционных материалов может происходить по одному из двух путей: оно может быть пластичным или хрупким. Эта классификация основана на том, могут ли в материале создаваться пластические деформации. Для пластических материалов характерны большие пластические деформации, т.е. материалы поглощают большую энергию деформирования до наступления разрушения. При хрупком разрушении, напротив, пластические деформации либо отсутствуют, либо они очень малы и поглощения энергии до разрушения не происходит.

«Пластичность» и «хрупкость» — это лишь условные термины, а то, каким образом разрушение происходит в действительности, зависит от конкретных обстоятельств. Пластичность можно количественно охарактеризовать относительным удлинением или относительным уменьшением поперечного сечения. Далее, пластичность зависит от температуры, скорости деформации, а также от вида напряженного состояния.

Любой процесс разрушения происходит в два этапа: вначале образуется трещина, и затем она распространяется. Характер разрушения в очень сильной степени зависит от механизма распространения трещины. Для пластичных материалов характерно то, что впереди растущей трещины и вокруг нее развивается область пластических деформаций. При этом процесс распространения трещины происходит относительно медленно. Такие трещины часто характеризуют термином «стабильные». В этом случае материал сопротивляется дальнейшему развитию трещины, если только напряжение не увеличивается. Кроме того, визуально наблюдаются крупномасштабные деформации на поверхности разрушения в виде полос кручения и раздира. В случае же хрупкого разрушения, напротив, трещина распространяется очень быстро без каких‐либо заметных пластических деформаций. Трещину в этом случае характеризуют как неустойчивую, а развитие трещины после того, как она возникла, происходит самопроизвольно без увеличения приложенного напряжения.

Читать еще:  Садовые дорожки из дерева рулонные

При приложении растягивающего напряжения большинство металлических сплавов ведут себя как пластичные материалы, а керамики разрушаются хрупко; для полимеров возможно разрушение по обоим путям.

ПЛАСТИЧНОЕ РАЗРУШЕНИЕ

Характер поверхности, по которой произошло пластические разрушение, имеет свои особенности как на макро‐, так и на микроуровне. Все очень пластичные материалы, например, чистое золото или свинец при комнатной температуре, а также другие металлы, полимеры и неорганические стекла при повышенных температурах при наступлении разрыва образуют суживающуюся шейку, так что уменьшение площади поперечного сечения составляет практически 100%.

При разрушении пластичных металлов образуется лишь умеренно суживающаяся шейка. При этом процесс разрушения обычно осуществляется в несколько стадий. Вначале после того, как появляется шейка, возникают небольшие каверны, или микропустоты внутри поперечного сечения. Затем, по мере развития деформаций, эти микропустоты увеличиваются и сливаются друг с другом так, что образуется эллиптическая трещина с длинной осью, ориентированной перпендикулярно направлению действия напряжения. Трещина продолжает расти в направлении, параллельном своей главной оси путем коалесценции микропустот. И на конечной стадии наступает разрушение вследствие быстрого распространения трещины вокруг наружного периметра шейки путем сдвиговых деформаций, происходящих под углом 45° по направлению к оси растяжения. Это тот угол, под которым касательные напряжения максимальны.

ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ

Хрупкое разрушение происходит в отсутствие заметных деформаций путем быстрого распространения трещины. Направление развития трещины почти строго перпендикулярно направлению приложения нагрузки, а поверхность разрыва в этом случае получается сравнительно гладкой.

Характер поверхности разрыва, образующийся при хрупком разрушении, весьма специфичен именно для этого вида разрушения. При этом какие‐либо заметные следы пластических деформаций отсутствуют. Так, например, при разрушении образцов из некоторых сталей вблизи центра сечения, по которому произошел разрыв, заметна серия V‐образных меток, которые направлены к месту зарождения трещины. Лишь при хрупком разрушении на поверхности разрыва образуются гребни, которые расходятся от места зарождения трещины подобно вееру. Довольно часто оба этих типа отметин бывает сложно обнаружить невооруженным глазом. При разрушении очень жестких мелкозернистых металлов вообще отсутствует сколько‐нибудь различимая картина излома. Поверхности разрушения аморфных материалов, таких как керамические стекла, выглядят блестящими и гладкими.

Для большинства хрупких кристаллических материалов распространение трещины происходит путем последовательного и повторяющегося разрыва атомных связей вдоль определенных кристаллографических плоскостей. Такой процесс называется расщеплением («cleavage»). О разрушении такого типа говорят как о трансзернистом (или транскристаллитном), поскольку в этом случае трещина проходит через зерна. На макроскопическом уровне поверхность разрушения может иметь зернистую или фасеточную текстуру.

При разрушении некоторых сплавов трещина походит по границам зерен. Такой тип разрушения называют межзернистым. Разрушение описанного типа может происходить как следствие процессов, приводящих к ослаблению или устранению хрупкости в областях между зернами.

ПРИНЦИПЫ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ

Под механикой разрушения понимается установление количественных связей между свойствами материала, уровнем действующих напряжений, присутствием трещины в образце и механизмом распространения трещины.

Концентрация напряжений
Измеряемые значения предела прочности, по достижении которого материал разрушается, оказываются существенно меньшими, чем результаты теоретических расчетов, основанных на оценке энергии межатомных связей. Это расхождение объясняют присутствием очень маленьких, микроскопических лагун или трещин, которые всегда существуют при обычных условиях на поверхности или внутри объема материала. Существование этих пустот приводит к падению прочности, потому что приложенное напряжение усиливается или концентрируется на вершинах таких трещин, причем степень концентрации напряжений зависит от ориентации трещины и ее геометрической формы.

Если принять, что трещина имеет форму эллипса, образующего пустоту на плоскости, и что эта трещина ориентирована перпендикулярно направлению действия растягивающей нагрузки, то максимальное напряжение σm, которое возникает при вершине трещины, может быть вычислено по формуле:
σm = 2σ0 (а/ρt)1/2 (1)
где σ0 — номинальное растягивающее напряжение, ρt — радиус кривизны при вершине трещины, а а — это длина поверхности трещины или половина длины трещины.
Для относительно длинных трещин, у которых радиус кривизны мал, фактор (а/ρt)1/2 может стать очень большим. Это приводит к тому, что величина σm оказывается много большей σ0.
Иногда отношение σm/σ0 называют коэффициентом концентрации напряжений Кt, так что
Kt = σm/σ0 = 2 (а/ρt)1/2 (2)
Коэффициент концентрации напряжений просто является мерой возрастания напряжений при вершине трещины по сравнению с номинальным значением напряжения.
В качестве комментария следует заметить, что причиной концентрации напряжений могут быть не только микроскопические дефекты, но и макроскопические внутренние разрывы сплошности, т.е. пустоты, а также острые углы и надрезы больших размеров.

Эффект концентрации напряжений более существенен для хрупких, чем для пластичных материалов. Если максимальные напряжения превысят предел текучести в пластичных материалах, то возникнут пластические деформации. Это приведет к более равномерному распределению напряжений в окрестностях концентратора напряжений, что будет способствовать снижению максимального напряжения по сравнению с его ожидаемым теоретическим значением. Такое поведение и перераспределение напряжений вокруг трещин и разрывов сплошности не происходит в хрупком материале, так что максимальное напряжение будет отвечать своему теоретическому значению.

Величину максимального напряжения с, необходимую для распространения трещины в хрупком материале, можно рассчитать на основе принципов механики разрушения. Это напряжение выражается формулой:
σc = (2Eγs/πa)1/2 (3)
где Е — модуль упругости, γs — удельная поверхностная энергия, а — половина длины внутренней трещины.

Во всех хрупких материалах имеется множество трещин и пустот, которые различаются размерами, геометрической формой и ориентацией. Для одной из этих трещин величина растягивающего напряжения в ее вершине превышает величину критического напряжения, что приводит к развитию трещины и в итоге к разрушению.
Можно получить очень маленькие металлические или керамические усы («whiskers»), в которых предположительно нет дефектов. Тогда их прочность приближается к теоретическому пределу.

Вязкость разрушения
Использование принципов механики разрушения позволяет получить следующее выражение, которое определяет зависимость некоего характерного параметра Кc от критического напряжения, при котором может происходить разрастание трещины с, и длины трещины а:
Кс = Yσc√πa (4)
Параметр Кс, определяемый этим выражением, называется вязкостью разрушения. Он представляет собой меру сопротивления материала хрупкому разрушению после образования трещины.

Не имеет особого значения то, что этот параметр выражается в довольно необычных единицах — МПа√м или psi√дюйм (или же ksi√дюйм). Коэффициент Y — это безразмерный фактор, который зависит как от размеров трещины и образца, так и от их геометрической формы, а также от способа приложения нагрузки.
Если говорить о величине коэффициента Y, то для плоского образца, в котором имеется трещина, много более короткая по сравнению с шириной образца, то величина этого коэффициента оказывается близкой к единице. Так, например, если в пластине неограниченной ширины имеется узкая трещина, то Y =1,а если в полубесконечной пластине имеется с края образца трещина длиной а, то Y = 1,1.

Читать еще:  Боковина для скамейки из металла

Значения Кс для относительно тонких образцов зависят от толщины образца. Однако если толщина образца много больше, чем размер трещины, значения Кс становятся независящими от толщины. В этом случае говорят о плоскостных деформациях.
Под плоскостными деформациями имеется в виду ситуация, когда нагрузка действует на образец так, что отсутствуют компоненты деформации в направлении, перпендикулярном фронтальной и задней граням образца.
Величина Кс для таких толстых образцов называется вязкостью разрушения при плоскостных деформациях и обозначается как KIc. Эта величина рассчитывается по формуле:
KIc = Ya√πa (5)
Именно значения KIc приводятся как характеристика материала для многих случаев.
В материалах, разрушающихся хрупко, пластические деформации впереди растущей трещины развиваться не могут. Поэтому для них характерны низкие значения KIc и разрушение происходит в катастрофическом режиме. Для пластичных материалов значения KIc довольно высокие.
Оценка значений KIc особенно полезна для промежуточных ситуаций, что позволяет избежать опасности хрупкого разрушения.

Величина вязкости разрушения при плоскостных деформациях относится к числу фундаментальных свойств материала. Она зависит от многих факторов, например, температуры, скорости деформации, микроструктуры материала. Величина KIc уменьшается при увеличении скорости деформации и понижении температуры. Далее, увеличение предела текучести, достигаемое путем образования твердого раствора или при деформационном упрочнении, в общем случае, приводит к соответствующему снижению KIc. Как правило, KIc возрастает с измельчением зерен, если состав композиции и другие микроструктурные параметры при этом сохраняются неизменными.

Проектирование, основанное на принципах механики разрушения
В соответствии с уравнениями (4) и (5) для того, чтобы оценить возможность разрушения тех или иных элементов конструкции, необходимо учесть влияние трех факторов, а именно: вязкости разрушения (Кс), или вязкости разрушения при плоскостных деформациях (KIc), приложенное напряжение σ и размер трещины а. При этом, конечно, предполагается, что коэффициент Y известен.
При проектировании того или иного изделия следует, прежде всего, оценить, какой из этих факторов ограничен условиями применения, а какие следует определить при проектировании.

Так, например, выбор материала (т.е. значения Кс и KIc) часто определяются такими требованиями как плотность (где по условиям применения имеются ограничения на вес изделия) и коррозионные характеристики материала в среде, в которой будет применяться изделие. Допустимый размер трещины может ограничиваться, в частности, возможностями измерительной техники. При этом важно понять, что как только ограничения налагаются на два из упомянутых параметра, третий становится строго фиксированным (по уравнениям (4) и (5)).

Например, примем, что значения KIc и а определены условиями применения. Тогда расчетное допустимое (или критическое) напряжение σс находится по формуле:
σc = KIc/Y√πa (6)
Если же задан уровень напряжений и известна вязкость разрушения при плоскостных деформациях, то максимально допустимый размер трещины находится как
ac = 1/π(KIc/ σY)2 (7)

Для обнаружения и измерений как внутренних, так и поверхностных трещин был предложен ряд методов неразрушающего контроля (МНК). Эти методы используют для исследования деталей конструкций с целью определения возникновения дефектов или трещин, которые могли бы привести к преждевременному разрушению изделия. Кроме того, МНК используют как контроль качества в производственном процессе.

Эти методы измерений не должны повредить материал (или конструкцию), которая подвергается испытаниям, некоторые из них могут использоваться только в условиях испытательной лаборатории, другие могут также быть приспособлены для работы в полевых условиях.

РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ

Предел прочности полимерных материалов невелик по сравнению с прочностью металлов и керамик. Как правило, термореактивные полимеры (в которых имеется густая сетка поперечных связей) разрушаются хрупко. Проще говоря, процесс разрушения происходит таким образом, что трещина образуется в области, в которой имеет место концентрация напряжений (т.е. царапины, надрезы и полости). Как и в случае металлов, напряжения возрастают в вершине трещины, что приводит к ее распространению и, в конечном счете, к разрушению. При этом в момент разрушения образца ковалентные связи в сетке или в структуре поперечных сшивок разрываются.

Разрушение термопластичных полимеров возможно как по пластичному, так и по хрупкому механизму, причем для многих полимеров может наблюдаться переход от пластичного к хрупкому разрушению. Хрупкому разрушению способствуют такие факторы как понижение температуры и увеличение скорости деформации, а также наличие острых надрезов, увеличение толщины образца и любая модификация химической структуры полимера, которая приводит к увеличению температуры стеклования (Tg). Стеклообразные полимеры разрушаются хрупко при температуре ниже температуры стеклования. Однако при повышении температуры в области перехода через температуру стеклования они становятся пластичными, и до момента разрушения деформируются с развитием пластических деформаций.

Еще одним эффектом, часто наблюдаемым до момента разрушения термопластичных полимеров, является крейзинг. Он возникает в областях с локализованным развитием пластических деформаций, которые приводят к образованию множества соединяющихся между собой микропор. Между микропорами образуются фибриллярные мостики, а макромолекулярные цепи переориентируются.
Если действующие напряжения достаточно велики, то мостики растягиваются и разрушаются, что приводит к росту и слиянию микропор. Как следствие этого, начинает образовываться трещина.

Крейз отличается от трещины тем, что он может нести нагрузку, действующую в поперечном направлении. Кроме того, процесс роста крейзов до образования трещины связан с поглощением энергии, что существенно увеличивает вязкость разрушения материала. В стеклообразных материалах развитие трещины лишь в малой степени сопровождается образованием микротрещин, что и является причиной низких значений вязкости разрушения. Крейзы образуются в областях, в которых действуют высокие напряжения из‐за наличия царапин или микропустот, а также гетерогенности молекулярных структур. Кроме того, они растут перпендикулярно направлению действия растягивающих напряжений. Типичный масштаб размеров крейзов — 5 мкм или даже меньше.

Общие принципы механики разрушения применимы также к хрупкому и квазихрупкому разрушению полимеров, а сопротивление этих материалов к разрушению при образовании трещин может быть выражено величиной вязкости разрушения при плоскостной деформации. Значения KIc зависят от характеристик полимера — его молекулярного веса, степени кристалличности, а также от температуры, скорости деформации и природы окружающей среды.

Читать еще:  Соединение плитки с ламинатом без порожка
Технологии [154] Изделия [78]
Оборудование [42] Сырье [113]
Обзоры рынков [181] Интервью [96]
Репортаж [25] Все статьи

Статьи публикуются с разрешения автора и обязательным указанием ссылки на источник

Редакция оплачивает на договорной основе
технические статьи, маркетинговые отчеты, рецептуры, обзоры рынка
и другую отраслевую информацию и права не ее размещение

Приглашаем специалистов к сотрудничеству в качестве внештатных авторов и консультантов!

По вопросам публикации и оплаты статей обращайтесь в редакцию:
Тел: +7 (499) 490-77-79
Прислать сообщение

РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

Под разрушением понимают процесс зарождения и развития в металле трещин, приводящий к разделению его на части. Разрушение происходит в результате или развития нескольких трещин, или слияния рядом расположенных трещин в одну магистральную трещину, по которой происходит полное разрушение.

Обычно сопротивление деформации объединяют в общее понятие прочность, а сопротивление разрушению — надежность. Если разрушение происходит не за один, а за многие акты нагружения, причем за каждый акт происходит микроразрушение, то это характеризует долговечность материала. Очевидно, что высококачественный конструкционный материал должен быть одновременно прочным, надежным и долговечным.

Разрушение может быть хрупким и вязким. Механизм зарождения трещин одинаков как при хрупком, так и при вязком разрушении. Возникновение микротрещин чаще происходит благодаря скоплению движущихся дислокаций перед препятствием, например перед границами блоков и зерен, перед слиянием дислокаций и т.д. При большой плотности дислокаций происходит их слияние с образованием микротрещины. Трещина образуется в плоскости, перпендикулярной плоскости скольжения, когда плотность дислокаций достигает Ю 10 —10 13 см -2 . Возможны и «безбарьерные» механизмы образования трещин, например в результате взаимодействия дислокаций в кристаллической решетке (рис. 5.7, б).

Хрупкое разрушение происходит путем отрыва под действием нормальных растягивающих напряжений, когда они достигают предельного значения сопротивления отрыву. До разрушения материал испытывает упругую деформацию, иногда — небольшую пластическую деформацию. Характеристикой хрупкого разрушения является сопротивление отрыву. Для хрупкого разрушения характерным является кристаллический излом, обычно по границам зерен, плоскость разрушения перпендикулярна к нормальным растягивающим напряжениям. Хрупкое разрушение имеет «ручьистое» строение поверхности излома.

Скорость распространения хрупкой трещины велика — близка к скорости звука. Поэтому хрупкое разрушение называют внезапным или катастрофическим разрушением.

В реальных материалах обычно происходит не абсолютно хрупкое разрушение, а микропластическое. Когда материал находится в упру- годеформированном состоянии, у вершины трещины из-за концентрации напряжений возникает пластическая микродеформация.

Рис. 5.7. Скопление дислокаций у препятствий (а), слияние дислокаций и образование зародышевой трещины (б)

Вязкое (пластическое) разрушение происходит путем среза под действием касательных напряжений и обусловлено малой скоростью распространения трещины. Ему соответствует большая работа распространения трещины. Разрушение происходит после предварительной значительной пластической деформации с поглощением энергии внешнего нагружения за счет вязкости металла. Для вязкого разрушения характерным является волокнистый излом, что связано с пластическим деформированием металла. Плоскость излома расположена под углом. Наблюдается «чашечное» микростроение излома. По виду микроструктуры различают разрушение транскристаллитное и интеркристаллитное. При транскристал- литном разрушении трещина распространяется по телу зерна, а при интеркристаллитном она проходит через тело зерна.

РАЗРУШЕНИЯ МЕХАНИЗМЫ

РАЗРУШЕНИЯ МЕХАНИЗМЫ. Выход из строя металлических конструктивных элементов может быть связан с неправильным выбором металла или сплава для данного вида применения, дефектами металла, ошибками в расчете конструкции или отклонениями рабочих условий от заданных при проектировании.

Основные виды разрушения.

Вязкое разрушение.

Разрушение пластичного материала наступает при его нагружении с превышением предела упругости. Металлический материал переходит в состояние пластической деформации (текучести), что приводит к т.н. вязкому разрушению. Разрушение такого рода могут вызывать чрезмерные напряжения растяжения, сжатия и сдвига.

Хрупкое разрушение.

Хрупкому разрушению подвержены конструкции из металлических материалов с ограниченной пластичностью вследствие быстрого распространения в них трещин. Возникают же трещины обычно в локальных зонах высокой концентрации напряжений. Во избежание отказов такого рода необходимо использовать достаточно пластичные металлические материалы и проектировать конструкции так, чтобы в них не было зон концентрации напряжений. См. также МЕТАЛЛОВ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

У сталей имеется т.н. температура перехода, ниже которой они теряют пластичность и становятся подвержены хрупкому разрушению. Температура перехода не одинакова для разных легированных сталей, а для стали одного состава зависит от размеров зерен. Температуру перехода необходимо учитывать при проектировании стальных конструкций, которые могут эксплуатироваться в условиях пониженной температуры. Одним из разительных примеров хрупкого разрушения, вызванного низкой температурой окружающей среды, было раскалывание надвое сварных корпусов морских судов в плавании через Северную Атлантику во время Второй мировой войны.

В клепаных корпусах трещина не выходит за пределы того листа, где она возникла; в сварных же распространяется по всей конструкции.

Усталостное разрушение.

Разрушение, часто с наработкой, измеряемой месяцами и даже годами, может вызвать многократно повторяющееся нагружение конструкции напряжением, лежащим значительно ниже предела прочности материала. Разрушение такого типа называется усталостным. Усталостные трещины часто зарождаются на малых дефектах структуры металла, таких, как инородные включения; их обычно можно выявить методами рентгеновского или ультразвукового контроля, прежде чем они приобретут опасные размеры.

Особые виды разрушения.

Ползучесть.

Такое постепенно накапливаемое повреждение, заканчивающееся разрушением, может быть вызвано пластическим течением при повышенной температуре в условиях напряжения, далеко не достигающего предела текучести. Течение материала, напряженного при повышенной температуре, называется ползучестью.

Коррозионное растрескивание.

После холодной обработки металлических материалов в них могут сохраниться остаточные внутренние напряжения, близкие к пределу прочности. Многие металлы в таких условиях разрушаются при воздействии на них тех или иных корродирующих агентов. В результате локализованного коррозийного разъедания возникают поверхностные желобки, которые могут развиваться в трещины, распространяющиеся по границам зерен (межкристаллитная коррозия).

Коррозия.

Постепенное повреждение и разрушение конструкций могут быть вызваны растворением и окислением металла в агрессивной среде.

Другие причины разрушения.

В новых видах техники, особенно авиакосмической, металлические конструкции работают в условиях, нередко приводящих к повреждениям и отказам новых типов. Например, высокоскоростные потоки высокотемпературных газов с твердыми частицами могут вызывать сильную эрозию поверхности конструкции. Ядерное излучение при больших поглощенных дозах тоже ухудшает характеристики и снижает прочность металлов.

Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. М., 1984
Мороз Л.С. Механика и физика деформаций и разрушения металлов. Л., 1984
Горицкий В.М., Терентьев В.Ф. Структура и усталостное разрушение металлов. М., 1986
Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М., 1986

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector