Разрушения изменяется

Исследования отклика системы на скорость движения усталостной трещины открыли возможность резкого повышения информативности опытов по механическим испытаниям при учете критических точек [3]. Процессу разрушения, как и другим неравновесным процессам, свойственны стадийность и многомасштабность. При циклическом нагружении легче всего изучать особенности разрушения на различных масштабных уровнях [32—35]. Путь к этому открыла линейная механика разрушения, так как позволила описать локальное (у края трещины) напряженное деформированное состояние. При статическом нагружении образца с предварительно созданной трещиной трудно обеспечить условия плоской деформации на фронте трещины. Напомним, что условия плоской деформации предполагают образование у края трещины зоны пластической деформации, пренебрежительно малой по сравнению с длиной трещины. Для этого требуется испытать крупногабаритные образцы при пониженной температуре (в случае пластичных материалов).

Все существующие методики исследования ЦТКМ основаны на использовании образца определенной геометрической формы (пластины, бруса, балки, стержня) с предварительно выведенной трещиной (центральной, боковой, поверхностной) от специально изготовленного для этой цели концентратора напряжений. Образец затем подвергают на испытательной машине циклическому нагружению (растяжением, изгибом) по принятой схеме. Сущность таких исследований заключается в измерении при заданных параметрах нагружения и постоянных условиях испытания, поддерживаемых с помощью специально изготовленной для этой цели аппаратуры, прироста трещины А/ в зависимости от числа циклов нагружения АТУ. При этом используются различные способы измерения длины усталостной трещины (оптический, акустический, по разности электрических потенциалов, по электросопротивлению или податливости образца). Поскольку каждый из этих способов обладает определенными преимуществами и недостатками, то выбор того или иного способа измерения длины трещины зависит от условий самого эксперимента и его технической оснащенности. На основании полученных данных А^ и A7V определяют скорость роста трещины и = = /\IIAN и после определения соответствующих ей значений коэффициента интенсивности напряжений строят диаграммы усталостного разрушения.

При исследовании ЦТКМ в инертных и газообразных средах, а также в вакууме все существующие методики гарантируют в одинаковой степени получение адекватных результатов, если в процессе роста усталостной трещины размер пластической зоны в ее вершине будет на порядок меньше длины трещины и расстояния от вершины до края образца [91. При несоблюдении этого условия диаграммы усталостного разрушения будут отклоняться и сторону, показанную на рис. 1,а кривой 2. Степень этого отклонения от истинных диаграмм усталостного разрушения (рис. 1,^я, кривая 1) будет различная в зависимости от принятой методики исследования и свойств исследуемого материала вследствие отсутствия способов

Исследования показывают, что общей особенностью кинетики развития разрывной трещины под действием постоянной (растягивающей) нагрузки является ускоренный рост трещины. На первой стадии, определяющей временные эффекты разрушения, существенную роль играют тепловые флуктуации атомов и молекул.

Исследования механического поведения материалов должны быть направлены на накопление систематической (в том числе статистической) информации о характеристиках прочности и пластичности, устанавливаемых при испытаниях по стандартизованным методам (кратковременные статические, длительные статические и циклические испытания), а также на разработку новых методов и средств оценки сопротивления деформациям и разрушению при сложных режимах и программах нагружения. При этом существенное значение приобретает анализ процессов протекания неупругих деформаций (пластических и временных) для указанных выше стадий разрушения.

При электроимпульсном разрушении материала следует ожидать изменения гранулометрического состава готового продукта при варьировании параметров импульса, что характерно и для единичного воздействия, как это показано в разделах 2.1 и 2.2. Действительно, функция разлома при массовом процессе разрушения определяется вероятностной суммой функций разлома единичных циклов разрушения. Исследования возможности регулирования характеристики крупности готового продукта были проведены на кварцевом сырье, так как к нему, как правило, предъявляются жесткие требованиям по фракционному составу, а материал обладает повышенной хрупкостью.

Отличительной чертой полимерных материалов является,влияние надмолекулярных структур на механизм разрушения. Исследования С. Н. Журкова с сотр. показали, что зародышевые микротрещины возникают в участках наиболее слабых и перенапряженных. Такими очагами зарождения трещин являются границы раздела надмолекулярных образований в полимерах.

Исследования поведения материалов показывают, что для одного и того же материала в зависимости от вида напряженного состояния критическая интенсивность напряжений Кс уменьшается по мере приближения к условиям плоской деформации. Нижняя граница предельной величины представляет собой важную характеристику материала /С1с, называемую вязкостью разрушения в условиях плоского деформированного состояния. Для определения величины KIC разработаны стандартные методы [16]. Некоторые данные приведены в табл. 3.1.

3.3.1.6. Микроструктурные исследования зон разрушения

Исследования микроструктуры стали выполнены с помощью оптического микроскопа "Neophot"-21 на 11 шлифах, вырезанных из различных участков фрагментов разрушившейся трубы (табл. 3.18). Нумерация шлифов состоит из двух цифр: первая — номер фрагмента трубы (2 — частичный разрыв трубы, 4 и 5 — кольцевые разрушения у задвижки); вторая характеризует расположение шлифов вдоль магистральной трещины с различным профилем излома для каждого из вышеперечисленных участков. Подготовленные шлифы травили 3%-м раствором азотной кислоты в этиловом спирте.

Ввиду недостаточной изученности механизма разрушения реальных материалов и отсутствия надежных расчетных способов предсказания характеристик прочности и долговечности при переменных нагрузках особое значение при изучении усталости приобрели экспериментальные методы исследования элементов машин и конструкций, в частности метод моделирования процессов циклического нагружения.

свидетельствует об изменяющемся характере приложенных напряжений циклов. С увеличением длины трещины скорость ее распространения возрастает, в результате чего увеличивается шероховатость поверхности излома. В области статического долома разрушения носят сдвиговой характер. Макрофрактографические особенности изломов малоцикловой усталости заключаются в строении собственно усталостных изломов. При относительно малом числе циклов нагружения (до тысячи) изломы при малоцикловой усталости близки к таковым при статическом растяжении. Разрушение сопровождается заметной макроскопической деформацией (сужением). По мере увеличения числа циклов нагружения характер разрушения изменяется от вязкого к хрупкому разрушению. Поверхность собственно усталостного излома более шероховатая и составляет значительно меньшую долю в изломе, чем зона статического долома. Коррозионные среды не изменяют макрофрактографический характер усталостных изломов, хотя механизм усталостного и коррози-онно-усталостного разрушения существенно отличается.

го излома можно судить о величине максимального напряжения цикла. Чем больше площадь статического долома, тем выше нагрузка. Шероховатость этой зоны также зависит от амплитуды напряжений. Меньшему значению амплитуды напряжений соответствует более гладкая поверхность усталостного излома. Усталостные линии представляют макроскопические признаки усталостного излома, связанные с замедлением скорости или задержкой распространения трещины. Они соответствуют амплитудам напряжений, не приводящим к увеличению длины трещины после действия более высоких амплитуд. Отсутствие усталостных линий свидетельствует об устойчивом распространении трещины при неизменной амплитуде напряжений. Различие расстояния между усталостными линиями свидетельствует об изменяющемся характере приложенных напряжений циклов. С увеличением длины трещины скорость ее распространения возрастает, в результате чего увеличивается шероховатость поверхности излома. В области статического долома разрушения носят сдвиговой характер. Макрофрактографические особенности изломов малоцикловой усталости заключаются в строении собственно усталостных изломов. При относительно малом числе циклов нагружения (до тысячи) изломы при малоцикловой усталости близки к таковым при статическом растяжении. Разрушение сопровождается заметной макроскопичской деформацией (сужением). По мере увеличения числа циклов нагружения характер разрушения изменяется от вязкого к хрупкому разрушению. Поверхность собственно усталостного излома более шероховатая и составляет значительно меньшую долю в изломе, чем зона статического долома.

Используя такую же методику измерений, что и Саттон [45], и пересчитав эффективную прочность на сдвиг в «прочность связи» по Николасу и др. [36], Россинг [42] проверил модель Саттона, приведенную на рис. 12. Было обнаружено, что прочность связи между Ni— Cr-сплавами и подложками из моно- и поликристаллической окиси алюминия А^Оз проходит через максимум при увеличении содержания хрома, причем характер разрушения изменяется от расслоения материалов по поверхности раздела до разрушения подложки при максимальном значении прочности связи.

Прямые измерения прочности связи между кристаллами сапфира и металлами, представляющими интерес в качестве материала матрицы, были выполнены Келоу с сотр. [7, 8]. Образцы были изготовлены из мелких дисков сапфира и порошкового никеля с содержанием кислорода 0,1—0,2% горячим прессованием при различных температурах, временах, давлениях и газовых средах. Наиболее прочной связью обладали образцы, полученные в вакууме. Связь между высокочистым порошковым никелем и сапфиром отсутствовала при всех исследованных условиях прессования. Во всех остальных случаях использована диффузионная сварка в вакууме. Полное спекание никелевого порошка происходит выше 1370 К- Данные параметрических исследований приведены на рис. 18 и 19. В тех случаях, когда электронографически была обнаружена шпинель NiAl2O4, отсутствовала связь между никелем и сапфиром. Этот факт явно противоречит ранним работам, в которых связь между Ni и АЬОз была исследована методом сидячей капли. В образцах с прочной связью не обнаружено продуктов реакции на поверхности раздела. Связь на поверхности раздела также отсутствовала, если при рентгеноструктурных исследованиях наблюдались рефлексы, только напоминавшие отражения от шпинели. Кривые зависимости сдвиговой прочности поверхности раздела от времени прессования были проанализированы с учетом влияния скорости реакции, разупрочнения сапфира, залечивания пористости и релаксации остаточных напряжений. Длительные выдержки при 1373 К мало влияют на прочность связи, однако характер разрушения изменяется от разрушения по поверхности раздела к разрушению по сапфиру из-за его разупрочнения. Измеренные в этой работе величины прочности связи на сдвиг пригодны для оценки упрочнения композитов усами по методу запаздывания сдвига. _____

г) Критическое значение lid в испытаниях на длительную прочность — это такое значение, при котором вид разрушения изменяется от разрыва проволоки (при lid меньших критического) к вытаскиванию.

Результаты металлографического анализа показали, что в пределах эксперимента характер разрушения изменяется от образования клиновидных трещин до развития межзеренных пор. На основании этого все экспериментальные данные разделены на две группы. Математическая обработка результатов испытаний каждой группы проводилась раздельно, и получено два семейства коэффициентов, т. е. два уравнения состояния типа (3.7), по которым рассчитаны первичные кривые для всех режимов испытаний стали 15Х1М1Ф.

В определенном интервале температур механизм вязкого разрушения изменяется. Как указывалось выше, остановка в распространении трещины обусловлена уменьшением значений коэффициента концентрации напряжений, так как размер а растет медленнее, чем Ъ, к дефект превращается в округлую пору. Если же размера увеличивается быстрее, чем' Ъ, концентратор становится более действенным, напряжение в его устье возрастает. В пределе, в устье дефекта напряжение может достигать теоретической прочности (для стали, т. е. для любого сплава железа ат « 0,1Е.«

Поведение малолегированных однородных твердых растворов в основном аналогично поведению алюминия, однако в литых сплавах характер разрушения изменяется от транскристаллического на интеркристаллический. В пересыщенных твердых растворах неоднородность пластической деформации сохраняется, хотя микронеоднородность, по данным электронно-микроскопических исследований, уменьшается. Так, например, даже в таком высоколегированном сплаве, как А1—95% Mg, при 665=0,2% локальная деформация отдельных микрообъемов достигает 10—15%. Но в поведении этих сплавов отмечаются следующие особенности: при комнатной температуре в процессе деформирования происходит перераспределение участков с повышенной локальной деформацией, и локализация деформации возникает только после зарождения микротрещин. Это приводит к повышению работы зарождения трещин. Второй особенностью является то, что с увеличением степени легирования в литых сплавах имеет место увеличение разброса локальных деформаций по границам в сравнении с объемами зерен. В деформируемых сплавах наблюдается обратная картина. Литые сплавы разрушаются по границам зерен, в то время как в деформируемых сплавах разрушение преимущественно транскристаллическое, и развитие трещин происходит медленнее, чем в литом сплаве.

Указанная выше классификация типов разрушения не является совершенно строгой. Так как в процессе разрушения изменяется напряженное состояние, т. е. изменяются условия, определяющие тип разрушения., картина осложняется. Поэтому правильнее говорить о типе начальной картины разрушения.

Использование данных об электрической прочности горных пород для оценки уровня рабочего напряжения в технологическом процессе ЭЙ с реальным породоразрушающим устройством требует учета следующих обстоятельств. Прежде всего для многоэлектродной конструкции величина разрядного промежутка становится условным параметром (вводится понятие "эквивалентного" разрядного промежутка) и напряжение пробоя в соответствии с описанным выше механизмом автоматического распределения разрядов по забою и цикличности процесса разрушения изменяется от импульса к импульсу. Диапазон вариации напряжения пробоя зависит от конструктивных особенностей устройства, и главная задача при конструировании состоит в том, чтобы при прочих равных условиях (проектной производительности) обеспечить минимальный уровень рабочего

Во всех видах коррозии большую роль играет температура. При электрохимической коррозии с ростом температуры изменяется значение потенциалов, повышается скорость процессов разрушения, изменяется растворимость кислорода в воде.