ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние воды на разрушение стекла и горных пород из "Механика хрупкого разрушения " В реальных условиях обычно протекает сразу несколько различных процессов. При этом надо иметь в виду, что скорость суммарного процесса (т. е. скорость роста трещины) определяется скоростью наиболее медленного процесса при последовательном протекании процессов и скоростью наиболее быстрого процесса — при одновременном протекании процессов. [c.427] Функция f(Ki) в (7.112) имеет существенно разную форму для каждого из указанных механизмов. [c.427] В случае коррозионных трещин функция /(/ i) обычно резко переходит от нуля к режиму насыщения, характеризуемому постоянной скоростью роста трещины (рис. 178 и формулы (7.54), (7 84)). Рост трещин может быть скачкообразным или непрерывным, однако величина скачков меньше, чем в предыдущем случае. В отличие от других случаев коррозионные трещины в режиме насыщения имеют тенденцию к ветвлению и к образованию разветвленных систем. [c.427] Согласно представлениям об электрохимической и химической коррозии, развитым в предыдущих параграфах ), рост коррозионных трещин не зависит от коэффициента Ki, роль которого сводится к разрыву поверхностной пленки вблизи конца трещины (эта пленка пронизана микротуннелями и потому менее прочна, чем исходный материал). Следовательно, при достаточно больших Ki (меньших вязкости разрушения) разрыв пленки может происходить одновременно по разным направлениям, что и является причиной ветвления трещины. Поэтому условие ветвления коррозионной трещины можно охарактеризовать некоторым критическим значением Ки коэффициента интенсивности напряжений Величина Ki в концах малых трещин, отходящих от вершины основной трещины, уменьшается вследствие взаимодействия трещин ( звездообразная трещина, см. Приложение I), так что ветвление новых трещин происходит лишь после достижения ими достаточно большой длины. По этой причине ветвление трещины упрочняет образец, так что его прочность на разрыв может быть существенно (например, в два раза [ П) больше, чем в случае одной магистральной трещины. Соответственно увеличивается и кажущаяся величина вязкости разрушения. Этим же обстоятельством объясняется характерная древообразная форма коррозионных трещин. [c.428] В случае общего кинетического механизма функция f Ki) характеризуется отсутствием режима насыщения, а также отсутствием ярко выраженного порога распространения трещины (т. е. отсутствием /Сьсс). С ростом Ki она возрастает быстрее, чем во всех других случаях. Рост трещин в этом случае непрерывный. Этот механизм развития трещин имеет наибольшее значение для полимерных материалов для металлов он, по-видимому, гораздо менее существен. [c.428] Несмотря на огромное количество экспериментальных работ, механизм разрушения пока удалось установить лишь для очень небольшого числа систем металл — внешняя среда. Это объясняется тем, что точнь5е методы механики хрупкого разрушения зародились совсем недавно и еще не. успели получить признание специалистов по коррозии и физико-химической механике материалов. Поэтому большинство работ имеет описательный характер, а их результаты обычно допускают различное толкование. [c.428] Более или менее единодушное мнение имеется только относительно причины разрушения в водных средах некоторых высокопрочных сталей (и, в частности, современных никелевых сталей)— это водородное охрупчивание. Той же причиной, по-видимому, объсняется сернистое и нитратное охрупчивание малоуглеродистых сталей. Каустическое охрупчивание малоуглеродистых сталей, вероятно, вызвано химической коррозией. [c.429] На рис. 179 представлены результаты их опытов по росту трещин при постоянных нагрузках (зависимость скорости роста трещины dl/dt от / i). Сталь SAE 4340 содержит около 2% никеля, поэтому естественно предположить, что рост трещины связан с локальным наводораживанием и охрупчиванием металла в вершине трещины. По-видимому, железо, имеющее меньший равновесный потенциал, чем никель, служит, анодом и растворяется, катодные же реакции (в основном, выделение водорода) сосредоточены на никелевых включениях. Разряжающийся вблизи вершины трещины водород диффундирует в металл, так как его движению во внешнюю атмосферу мешает электрическое поле (для ионов ) или же вода (для молекул Нг). [c.429] Проведенный анализ позволяет в данном случае констатировать механизм локального наводораживания. [c.430] По результатам опытных данных Картера и некоторых других авторов на основе анализа приводимых диаграмм была доставлена табл. 7.3. В этой таблице дается краткая характеристика свойств нескольких высокопрочных сплавов в коррозионноактивной среде и на основе развитых здесь представлений делается вывод о причине локального разрушения. [c.431] Этот же результат, очевидно, будет справедлив для любой формы цикла, если условиться под средней величиной Кт подразумевать то значение ординаты, которое делит цикл на две равные по площади области. [c.434] Таким образом, скорость роста усталостной трещины при водородном охрупчивании равна скорости роста трещины при постоянной нагрузке, если величину Ki в (7.113) заменить на среднее значение Кт за цикл нагружения. В качестве опытного подтверждения этого результата можно сослаться на работу Райдера и Галлахера Р ]. [c.434] Скорость роста коррозионной трещины при /Сгв / i Kis не зависит от режима нагружения во времени. Наиболее сложны и мало изучены явления усталостного развития трещин при циклическом нагружении в области Кг . Ктзсс, в этой области происходит взаимное наложение и усиление-соизмеримых пластических и коррозионных эффектов. [c.434] С уменьшением температуры атермический механизм развития усталостной трещины играет все большую роль по сравнению с термоактнвационными механизмами. Начиная с некоторой критической температуры, он определяет скорость суммарного процесса роста усталостной трещины. При температуре ниже некоторой критической скорость роста усталостной трещины не зависит от внешней среды. [c.434] Рассмотрим подробнее три основных механизма воздействия воды на рост трещин. [c.435] Эта фррмула годится не только для идеальных кристаллов, но и для аморфных тел (например, стекол) в последнем случае величины t/. Го и Y будут представлять собой осреднения по множеству частиц. [c.435] Таким образом, в стеклах с преобладающими ионными связями поверхностную энергию, максимальную прочность й энергию связи можно определить теоретически по химическому составу стекла, его плотности, модулю Юнга и коэффициенту Пуассона. Для иллюстрации рассмотрим конкретный пример. [c.436] Так как плотность стекла равна 2,6 г см , то отсюда для стекла данного химсостава можно найти межатомное расстояние- го в идеальной решетке оно равно 2,3.10 см. [c.436] Вернуться к основной статье