ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Возникновение хрупкого состояния материала и разрушение элементов конструкций из "Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению " Разрушению материала в элементах конструкций предшествует обычно упругопластическая деформация, величина которой зависит от напряженного состояния и температуры, от вида нагружения и тепловых процессов, которым подвергаются детали, от исходных механических свойств материала, технологических и конструктивных факторов прочности. [c.6] К исходным механическим характеристикам в первую очередь относится диаграмма статического деформирования, связывающая величину напряжений и достигаемых под их воздействием деформаций. Для построения этой диаграммы вплоть до разрушения используют представления об истинных напряжениях и деформациях, отражающих изменение формы и размеров образца в процессе испытания. [c.6] При отнесении силы Р к площади сечения образующейся шейки такие напряжения являются средними по сечению. [c.6] При небольших деформациях еи 0,02 (в том числе упругих) истинные напряжения 5и и деформации ва практически совпадают с условными а и е. [c.6] На рис. 1.1 представлена схема истинной диаграммы деформирования при статическом растяжении до разрушения. [c.7] Условия образования пластических деформаций и разрушений зависят от типа напряженного состояния. Для сопоставления сопротивления материалов деформациям при различных напряженных состояниях диаграммы деформирования строят в единых координатах. Такими координатами являются максимальные касательные напряжения tmax и максимальный истинный сдвиг Ymax (или интенсивность напряжений и деформаций). [c.8] Диаграммы деформирования для данного изотропного материала, построенные в координатах Ттах—Ymax по данным опытов при различных напряженных состояниях, свидетельствуют о сущестБовании единой диаграммы (с известным приближением). [c.9] При объемном сжатии касательные напряжения уменьшаются по сравнению с нормальными так же, как и при объемном растяжении. Однако напряжения сжатия способствуют увеличению пластических деформаций при разрушении -и соответствующих им предельных напряжений. Это подтверждено экспериментами Бриджмена по разрушению металлов при высоких гидростатических давлениях. Для получения хрупких разрушений, связанных с эффектом объемного растяжения, применяют образцы с надрезами. [c.12] Повышение скорости деформирования e=de dx (где X—время) также способствует возникновению хрупких состояний. Согласно представлениям П. Людвика, это объясняется повышением сопротивления пластическим деформациям с ростом ё (рис. 1.6). Если сопротивление упругим деформациям мало зависит от скорости деформирования, то сопротивление образованию пластических деформаций существенно увеличивается по мере повышения скорости деформирования (особенно у малоуглеродистых сталей). Кривая деформирования в упругопластической области по мере увеличения ё становится, как правило, более пологой и пересекает прямую S=Sk (величина 5к рассматривается как не зависящая от скорости деформирования) при небольших предельных деформациях. Таким образом, с увеличением скорости деформирования уменьшается пластическая деформация, сопутствующая разрушению, т. е, разрушение становится более хрупким. [c.13] Сочетание объемного растяжения, понижения температуры и повышения скорости деформирования способствует образованию хрупких состояний и использовано в методах серийных испытаний на ударную вязкость по Шарни и Менаже. По результатам этих испытаний строят температурные зависимости удельной энергии разрушения при ударном изгибе образцов с надрезом. Ударные испытания образцов с надрезом позволяют оценить склонность материала к образованию хрупкого состояния с понижением температуры, которая характеризуется как хладноломкость. [c.14] Существенную роль в образовании хрупкого разрушения играет исходное состояние металла, зависящее от металлургических процессов получения и технологии его дальнейшей обработки. Увеличение размера зерен и ослабление прочности их границ приводит к уменьшению 5к и, следовательно, к повышению критической температуры и снижению уровня критических напряжений при хрупком разрушении (см. рис. 1.5). Повышение сопротивления срезу и уменьшение сопротивления отрыву в результате повышения содержания углерода в стали, понижения температуры отпуска, а также легирования (повышающего отношение предела текучести 5т к сопротивлению разрыву Sk) увеличивают склонность к хрупкому разрушению. Этот эффект наблюдается также после деформационного старения при длительной службе металла в напряженном состоянии при повышенной температуре, наводороживания, радиационного воздействия, накопления циклического и коррозионного повреждений. Указанные эксплуатационные факторы понижают пластичность, прочность границ зерен и сопротивление разрыву. [c.14] Данные 3 относятся к случаю, когда в образцах и элементах конструкций имеются исходные дефекты тдша трещин, от которых начинается хрупкое разрушение. [c.19] Для количественного сопоставления склонности материалов к хрупкому разрушению в зависимости от температурных условий эксплуатации широко используется способ серийных испытаний на ударную вязкость стандартных образцов с надрезом. По результатам этих испытаний обычно строят температурные зависимости ударной вязкости Ои и доли вязкой составляющей в изломе Fb- Для хладноломких металлов эти зависимости имеют резкий спад, по которому определяют критическую температуру хрупкости Гкр. При более пологих переходах в область хрупкого состояния используют условные приемы определения Гкр по допуску на снижение Дн или Fs- Полученная из испытаний критическая температура хрупкости Гкр(°К) сопоставляется с минимальной температурой металла в условиях эксплуатации Та. [c.20] Фрактографической особенностью изломов элементов конструкций, возникающих при хрупком разрушении, является наличие более гладких поверхностей, отражающих начальное развитие трещин на первой стадии и более шероховатых — на второй стадии протекающего долома. На второй стадии на поверхности излома возникает рельеф в форме системы выступов, расположенных елкой, который называют шевронным . На рис. 1.12 представлены хрупкие изломы по резьбе болта М 20 из стали ЗОХГСА и кольца шарикоподшипника диаметром 60 мм из стали ШХ15. [c.20] СОСТОЯНИЯ, скорости деформирования и размеров сечений и уменьшения температуры. Эти факторы, как правило, вызывают уменьшение интервала между первой и второй критической температурой, т. е. вызывают сокращение области квазихрупкого состояния и повышение опасности возникновения хрупкого разрушения. [c.22] Вернуться к основной статье