Диаграммой разрушения

Диаграмма состояния показывает устойчивые состояния, т. е. состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии. Поэтому диаграмма состояния может также называться диаграммой равновесия, так как она показывает, какие при данных условиях существуют равновесные фазы. В соответствии с этим и изменения в состоянии, которые отражены на диаграмме, относятся к равновесным условиям, т. е. при отсутствии перенагрева или переохлаждения. Однако, как мы видели раньше, равновесные превращения, т. е. превращения в отсутствие переохлаждения или перенагрева, в действительности не могут совершаться (см. гл II), поэтому диаграмма состояния представляет собой теоретический случай, а в практике используется для рассмотрения превращений при малых скоростях нагрева или охлаждения.

Система с диаграммой равновесия по типу ПА (рис. 378,а)

Система с диаграммой равновесия по типу ПБ (рис. 378,6)

Это позволило выделить четыре цикла термодинамической самоорганизации структур и определить длительность каждого цикла, отвечающих: спонтанному образованию зародышей карбидов цементитного типа и увеличению их числа (цикл I); росту пластинок карбида с сохранением когерентности решеток цементита и потери когерентности (цикл II); коагуляции частиц цементита и потери когерентности (цикл III); карбидному превращению, при котором в пределах цикла IV сосуществует два типа карбидов (РеСг)зС и (РеСг)7Сз-Точка 5 на рисунке 3.34 отвечает длительности отпуска 3754 мин, при достижении которой завершается карбидное превращение (содержание Сг в карбиде увеличивается до 48,4%). Этот результат согласуется с диаграммой равновесия и экспериментальными данными.

Интенсивность диффузии ионов железа в оксидной пленке •сильно зависит от температуры. На рис. 4.6 показан характер изменения константы скорости окисления железа в водяном паре в координатах Аррениуса. В области температур 570—630 °С происходит качественное изменение характера окисления, что объясняется изменением механизма окисления железа в соответствии с диаграммой равновесия железа в водяном паре.

Книга предназначается прежде всего для студентов старших курсов и начинающих исследователей-металлургов, хотя мы надеемся, что некоторые вопросы представляют интерес также для химиков и физиков. Нас могут упрекнуть в том, что слишком много внимания уделено экспериментальным методам, которые больше всего знакомы авторам по личному опыту работы. Однако мы считаем, что точная работа над диаграммой равновесия требует соблюдения многочисленных предосторожностей, каждая из которых влияет на получение правильных результатов. Для того чтобы оценить, какое это имеет значение, необходимо описать метод во всех его деталях. Кроме того, нам казалось, что детальное описание многочисленных методов, которые использовались различными авторами,

Книга предназначается прежде всего для студентов старших курсов и начинающих исследователей-металлургов, хотя мы надеемся, что некоторые вопросы представляют интерес также для химиков и физиков. Нас могут упрекнуть в том, что слишком много внимания уделено экспериментальным методам, которые больше всего знакомы авторам по личному опыту работы. Однако мы считаем, что точная работа над диаграммой равновесия требует соблюдения многочисленных предосторожностей, каждая из которых влияет на получение правильных результатов. Для того чтобы оценить, какое это имеет значение, необходимо описать метод во всех его деталях. Кроме того, нам казалось, что детальное описание многочисленных методов, которые использовались различными авторами,

Условия сжигания топлива в печи, при которых металл не окисляется, можно определить, пользуясь диаграммой равновесия железа с продуктами сгорания топлива (рис. 10) [39]. Пучок прямых изотерм позволяет определить температуру, при которой данная смесь газов (СО2, СО, Н2О, Н2) удовлетворяет условию равновесия реакции водяного га-

Чем меньше радиус кривизны поверхности раздела фаз, тем больше отличаются действительные условия равновесия от идеальных, выражаемых диаграммой равновесия (собственно и при плоской границе раздела условия равновесия различаются в зависимости от того, какими 'кристаллографическими плоскостями соприкасаются фазы, поскольку поверхностное натяжение а анизотропно и на различных плоскостях различно).

Диаграмма состояния показывает устойчивые состояния, т. е. состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии. Поэтому диаграмма состояния может также называться диаграммой равновесия, так как она показывает, какие при данных условиях существуют равновесные фазы. В соответствии с этим и изменения в состоянии, которые отражены на диаграмме, относятся к равновесным условиям, т. е. при отсутствии перенагрева или переохлаждения. Однако, как мы видели раньше, равновесные превращения, т. е. превращения в отсутствие переохлаждения или перенагрева, в действительности не могут совершаться (см. гл II), поэтому диаграмма состояния представляет собой теоретический случай, а в практике используется для рассмотрения превращений при малых скоростях нагрева или охлаждения.

Система с диаграммой равновесия по типу ПА (рис. 378,а)

Система с диаграммой равновесия по типу ПБ (рис. 378,6)

При растяжении плоских образцов с центральной" сквозной трещиной перед наступлением критического состояния равновесии (когда трещина начинает быстро лавинообразно распространяться нрн постоянной внешней нагрузке) почти всегда наблюдается стадия медленного устойчивого докритичесиого роста трещины. Это медленное подрастание трещины, хорошо известное экспериментаторам, приводит к тому, что критическая длина трещины 1С превышает исходную длину /0 на 30, З'д а то и па 100% в зависимости от свойств материала и длины исходной трещины. Зависимость напряжения в неослабленном сечении образца от длины устойчивой трещины принято называть докрптическон диаграммой разрушения. Стадии медленного роста трещины придается настолько большое значение, что при исследовании механических свойств материалов предлагается дополнят], диаграммы деформации диаграммами разрушения 150, 109. 110, 140. 20."), .4151.

Ф. А. Мак-Клинток [123] на основании введенного им критерия разрушения (см. § 11) получил интегральное уравнение, численное решение которого _ есть докритическая диаграмма разрушения. В соответствии с этим критерием механический смысл докри-тпческого роста трещины состоит в следующем. Пусть в точке г == р. (9 = 0) перед концом трещины удовлетворяется условие разрушения (11.2). Тогда трещина продвинется на малую величину dl. В связи с этим напряжение в соседней точке, лежащей на расстоянии р, от конца трещины, увеличенной длины I 4- dl, повысится, однако, недостаточно для того, чтобы соблюдался критерий (11.2). Для выполнения этого критерия (при котором трещина продолжает расти) надо повысить нагрузку. А это и приводит к устойчивому докритическому росту трещины, характеризуемому докритической диаграммой разрушения.

-указанных на рисунках. Каждый образец представлен одной диаграммой разрушения. Штрих-пунктиром показаны критические диаграммы в соответствии с рис. 31.1 — 31.5.

Приведенные рассуждения показывают, что по существу предел трощшгостойкости определяется критической диаграммой разрушения рс — 1с. Поэтому расчет по уравнению (33.2) можно заменить условием [137]

Деление области II диаграммы по критерию &Ка или соответствующей ему скорости va можно обосновать также и по следующим соображениям. Область II характеризуется разрушением по механизму отрыва, которому соответствуют специфические чисто усталостные фрактографические особенности: усталостные микрополосы (бороздки). Полученные экспериментальные данные (рис. 4) показывают, что для сравнительно невысоких скоростей роста трещины (особенно ниже 10~4 мкм/цикл для стали) ширина бороздок практически постоянная (или мало меняется) и не зависит от макроскорости (или &.К). Начиная со скорости va, соответствующей ДЖо (рис. 3 и 4), значение микроскорости (ширины бороздки), приблизившись к величине макроскорости, начинает возрастать и почти совпадает с кинетической диаграммой разрушения или не-

Прп растяжении плоских образцов с центральной сквозной трещиной перед наступлением критического состояния равновесия (когда трещина начинает быстро лавинообразно распространяться при постоянной внешней нагрузке) почти всегда наблюдается стадия медленного устойчивого докритического роста трещины. Это медленное подрастание трещины, хорошо известное акспериментаторам, приводит к тому, что критическая длина трещины 1С превышает исходную длину 1й на 30, 50, а то п на 100% в зависимости от свойств материала н длины исходной трещины. Зависимость напряжения в неослабленном сечении образца от длины устойчивой трещины принято называть докрптической диаграммой разрушения. Стадии медленного роста трещины придается настолько большое значение, что при исследовании механических свойств материалов предлагается дополнять диаграммы деформации диаграммами разрушения [50, 109. 110, 140. 20о, 3151.

указанных на рисунках. Каждый образец представлен одной диаграммой разрушения. Штрих-пунктиром показаны критические .диаграммы в соответствии с рис. 31.1—31.5.

Приведенные рассуждения показывают, что по существу предел трещиностойкости определяется критической диаграммой разрушения PC — 1г. Поэтому расчет по уравнению (33.2) можно заменить условием [137]

диагностирования технического состояния конструкции, и критическая длина трещины, определенная условиями безопасной эксплуатации; If - скорость роста трещины; K^f)- коэффициент интенсивности напряжений. Знаменатель формулы (26) содержит функциональную зависимость скорости роста трещины от коэффициента интенсивности напряжений, являющегося,в свою очередь, функцией длины трещины. Такая зависимость определяется реальной кинетической диаграммой разрушения, которая должна быть построена для условий, приближенных к эксплуатационным. Определение кинетической диаграммы разрушения и характеристик трещиностойкости исследуемого металла может быть выполнено по методикам [72-75]. Пример решения задачи оценки остаточной работоспособности сосуда давления с трещинами коррозии под напряжением показан в работе [2J.

ном сечении образца и длиной трещины при различных ее начальных значениях [119]. Геометрическое место критических (соответствующих динамическому росту трещин) точек индивидуальных кривых называется критической диаграммой разрушения. Естественно, что при испытаниях гладких образцов критическая точка соответствует пределу прочности.

При растяжении плоских образцов с центральной сквозной трещиной перед наступлением критического состояния равновесия (когда трещина начинает быстро лавинообразно распространяться при постоянной внешней нагрузке) почти всегда наблюдается стадия медленного устойчивого докритического роста трещины. Это медленное подрастание трещины, хорошо известное экспериментаторам, приводит к тому, что критическая длина трещины 1С превышает исходную длину IQ па 30, 50, а то и па 100 % в зависимости от свойств материала и длины исходной трещины. Зависимость напряжения в неослабленном сечении образца от длины устойчивой трещины принято называть докритической диаграммой разрушения. Стадии медленного роста трещины придается настолько большое значение, что при исследовании механических свойств материалов предполагается дополнять диаграммы деформации диаграммами разрушения.