Деформация разрушение

женные трещины. Деформация до разрушения этой фазы, определяемая простым выражением Ог/Ei, по-видимому, достигается раньше, чем деформация разрушения волокна или матрицы. Трещина вызывает концентрацию напряжений как в матрице, так и в волокне. Концентрация напряжений в волокне уменьшается за счет локальной деформации у вершины трещины, в конечном счете распространяющейся через все сечение волокна. В этом отношении данная система существенно отличается от систем третьего-класса (например, титан — бор), в которых волокна деформируются чисто упруго.

Композит с прочными поверхностями раздела и однородными свойствами волокон и матрицы будет разрушаться по плоскости, перпендикулярной направлению приложенных напряжений, и поверхность излома будет гладкой. Если волокна неоднородны по прочности из-за наличия слабых точек (дефектов) или разрывов, трещина будет распространяться так, чтобы связать слабые точки. Вследствие этого трещина либо пройдет лишний участок пути в матрице (прочная поверхность раздела), либо будет распространяться по поверхности раздела. Как показано выше, максимальная длина вытягиваемой части волокна определяется критической длиной. С другой стороны, матрица' разрушится в первую очередь, если деформация разрушения для нее меньше, чем для волокон. На рис. 1 схематически показаны некоторые из этих типов разрушения. На рис. 1, а показан характер разрушения композита с малой деформацией разрушения матрицы; согласно работе Джонса и Олстера [14], такое разрушение наблюдается в композитах алюминий — нержавеющая сталь. Рис. 1, б отвечает случаю, ,когда мала деформация разрушения волокон (например, волокна бора). В этом случае предполагается, что прочность поверхности раздела высока, поскольку трещины соединяются путем сдвига матрицы. В случае рис. 1, в деформация разрушения волокна мала, но из-за малой прочности поверхности раздела трещина в матрице отклоняется слабо, поскольку волокна легко вытягиваются из матрицы. Такое поведение может быть присуще композиту алюминий — бор со слабой связью. Для этого типа разрушения предполагается, что деформация разрушения

Вообще говоря, теории зоны взаимодействия предсказывают постоянство прочности и деформации разрушения композита, если развитие реакции не достигло критического уровня. По достижение такого уровня прочность и деформация разрушения начинают уменьшаться — сначала быстро, а затем все медленнее, пока эти параметры ре достигнут более низких постоянных значений при втором критическом уровне развития реакции. Хотя оба ^критических уровня зависят и от других факторов, например, от свойств волокна и матрицы, деформация разрушения, отвечающая второму плато, согласно теории, зависит лишь от свойств соединения, образовавшегося в зоне взаимодействия. Детально исследованы были только трд системы; для двух из них были подучены экспериментальные значения деформации, которые оказались в очень хорошем согласии с теорией.

ДЕФОРМАЦИЯ РАЗРУШЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПОЗИТОВ

Материал Модуль упругости ?,103 кГ/мм2 Предел прочности S, КГ/ММ2 Деформация разрушения, XI О-з

(7), но волокно не начинает разрушаться, пока деформация не достигнет значений, отвечающих уравнению (10). Однако упругая энергия, высвобождаемая при образовании трещины в реакционной зоне, немедленно дисоипирует в волокне, особенно если достигнуто второе критическое значение толщины. Значит, деформация разрушения может уменьшаться быстрее, чем следует из уравнения (10), а второе критическое значение толщины может быть меньше, чем следует из уравнения (11). Оба эти эффекта были экспериментально обнаружены в более поздних работах.

Характеристики композита Т140А — 25%В после отжига различной продолжительности при 1144 К представлены в табл. 3. Волокна 'бора заметно упрочняют композит (предел текучести матрицы 37 кГ/мм2). Испытывали по три образца композита в одинаковых условиях, и разброс результатов был крайне мал. Для каждого значения продолжительности отжига приведены как абсолютные величины прочности при растяжении (в единицах кГ/мм2), так и относительные величины (отнесенные к прочности композита So, не подвергавшегося термической обработке). Прочность достигает первого, более низкого плато после отжига при 1144 К в течение 0,5 ч, а деформация разрушения волокон становится постоянной при меньшей продолжительности отжига. Для слоев диборида титана толщиной 0,7 мкм и более среднее значение нижнего предела деформации разрушения составляет 2,5Х Х10~3. Это значение и предсказывал Меткалф на основе характеристик диборида титана [18] (табл. 1).

Деформация разрушения волокон, 10—3

вует разрушению при 811 К и отсутствует при более низких температурах испытания [28]. Меткалф и Шмитц [20] путем испытания волокон на ползучесть исследовали влияние продолжительности выдержки при 811 К на прочность. Исследование показало, что деформация разрушения составляет обычно 0,2% для напряжений в интервале 140—210 кГ/мм2 и что характеристики ползучести волокон при испытании в высоком вакууме и характеристики ползучести композитов титан — бор обнаруживают тесную корреляцию — во всяком случае, если испытание при 811 К продолжается до 100 ч. Согласно результатам испытания на растяжение при комнатной температуре композитов, предварительно подвергнутых 100-часовому испытанию на ползучесть, прочность композитов осталась практически неизменной (точнее, слегка увеличилась). Таким образом, если предотвратить взаимодействие волокон бора с атмосферой, их высокотемпературная прочность сохраняется, по меньшей мере, до 811 К-

Перед механическими испытаниями на растяжение образцы (по три образца на каждый ;режим) отжигали при 1144 К в течение различных промежутков времени, чтобы обеспечить заданную толщину зоны взаимодействия на поверхности раздела. Результаты испытаний приведены в табл. 4. Вследствие химической реакции прочность уменьшается на 7% при толщине реакционной зоны 0,49 мкм; с ростом толщины зоны до 1,20 и 1,47 мкм прочность уменьшается соответственно на 10 и 15%. Отжиг при 1144 К в течение 10 ч приводит к неожиданному росту прочности. Однако данные по деформации разрушения волокон согласуются с данными для системы титан — бор и с выводами теории слабых поверхностей раздела. Деформация разрушения начинает снижаться, когда толщина реакционного слоя превышает 0,49 мкм (примерно то же наблюдается в системе титан —бор) и принимает постоянные значения (4,Зч-4,4) -10~3 в интервале толщин 1,20—1,47 мкм. Этот результат согласуется со значением 4,5-10~3, предсказанным Меткалфом [18] для случая, когда разрушение определяется разрушением силицида титана. Данные для двух наибольших толщин реакционного слоя свидетельствуют о том, что деформация разрушения продолжает уменьшаться. Кинетические характеристики

Продолжительность отжига Толщина реакционного слоя, мкм Предел прочности при растяжении Модуль упругости, КГ/ММ2 Деформация разрушения волокон, 10-3 Продукт реакции

4. Колмогоров В. П. Напряжение, деформация, разрушение.— М.: Металлургия, 1970.

Различают скорости нагружения, при к-рых влияние их на механич. св-ва исчерпываются: 1) изменением со скоростью протекания физич. процессов, составляющих пластич. деформацию, и, как следствие, изменением сопротивления деформации; 2) включением в сопротивление деформации инерционной составляющей. Упругая и пластич. деформации представляют собой перемещение инертных масс. При скоростях деформации, типичных для стандартных испытаний, усилия, необходимые для сообщения ускорений перемещаемым при деформации массам образца, пренебрежимо малы. При высоких скоростях они возрастают и могут превысить сопротивление прочных связей материала. При скоростях деформации, возникающих, напр., при действии на металлическую преграду метеорных частиц, пренебрежимо малыми становятся прочные связи, сопротивление деформации практически исчерпывается инерционной составляющей, а металл может быть уподоблен жидкости; 3) возникновением упругих и упругопластических волн. Деформация, разрушение и их особенности в данном случае определяются в основном не изменением со скоростью механич. св-в, как параметров материала, а характером прохождения и интерференции упругих и упругопластич. волн.

сг>50 кг/мм^/сек и деформации е>2%/сев. Для ряда металлич. сплавов, напр, на основе свинца, олова и др. сплавов с низкой темп-рой плавления при комнатной темп-ре, а для большинства конструкционных сплавов при соответствующем темп-рном уровне (рис. 1 а, б) уже в пределах указанного диапазона скоростей наблюдаются значительные отклонения механич. св-в, требующих регламентации скорости деформации. В этих условиях к нижнему пределу высоких скоростей нагружения следует относить скорости, при к-рых механич. св-ва отклоняются от получаемых при испытаниях по ГОСТам более чем на десятикратную погрешность испытательной машины (для большинства случаев 5%). Верхний предел скорости нагружения не поддается определению. Существующие гипотезы критической скорости как скорости, при к-рой пластич. деформация не успевает произойти и возникает хрупкое разрушение, не учитывают изменения напряженного со-

кальная пластическая деформация, разрушение интерметаллических частиц и остаточные напряжения.

максимальные дополнительные растягивающие напряжения на наружной поверхности (точка / на рис. 6-12). Другим опасным местом гиба являются переходы от уплощенного участка, имеющие минимальный радиус кривизны. В этих местах максимальные дополнительные растягивающие напряжения возникают на внутренней поверхности (точка 2 на рис. 6-12). Уплощение обычно тем больше, чем меньше отношение наружного диаметра к внутреннему и чем меньше радиус гиба. Если предложение ЦКТИ измерять ползучесть в гибе по увеличению периметра при помощи стальной ленты. Недостаток этого предложения состоит в том, что лри помощи стальной ленты измеряется средняя остаточная деформация. Разрушение же в гибе может наступать от исчерпания местной пластической деформации. Необходимо разработать совершенную методику измерения ползучести в гибах.

Согласно [Л. 98] деформацию ползучести паросборников и коллекторов необходимо контролировать по бобышкам: при длине более 2 м деформация должна измеряться в двух сечениях, при длине менее 2 м — в одном. Однако измерение деформации ползучести камер не может быть надежной гарантией их эксплуатационной надежности. Наиболее слабое место камеры — мостик между отверстиями (если отверстия не укреплены штуцерами до равнопрочности). Разрушение камеры наступает при исчерпании ресурса пластичности в мостике между отверстиями. Необходимо разработать надежную методику наблюдения за ползучестью металла камер.

Известно, что механические воздействия приводят к активации физико-химических процессов в твердых телах [6]. Пластическая деформация, разрушение поверхностных слоев, образование юве-нильных поверхностей и деформационный нагрев вызывают ускорение диффузии газовых примесей в металлах и увеличение газообмена с окружающей средой. Напротив, образование защитных поверхностных пленок и упрочненных структур обычно препятствует такому газообмену.

Интенсивная деформация, разрушение защитных пленок оксидов, отсутствие разделяющего слоя смазочного материала (выдавливание масляной пленки)

радиационные повреждения; пластическая деформация; разрушение при статическом нагружении; усталость; ползучесть;

Если разрушению предшествовала значительная пластическая деформация, разрушение называют вязким, если же пластическая деформация составляла менее 1-2%, разрушение считают хрупким.

88. Колмогоров В.А. Напряжение, деформация, разрушение. — М.: Металлургия, 1970. - 230 с.