Трещины влияние среды

Практика эксплуатации реальных деталей показывает, что из-за концентрации напряжений, неточности сборки, влияния среды и т. п. стадия разрушения, состоящая из возникновения и развития трещины, начинается задолго до исчерпания несущей способности детали. При этом прочность материала детали не реализуется. В результате постепенного роста трещины длительность процесса разрушения от начала до полного разрушения занимает 90 % времени жизни детали и более. Вот почему практически интересно не столько наличие трещины, сколько скорость ее роста в lex или иных условиях. В связи с этим основная задача механики разрушения — изучение прочности тел с трещинами, геометрии трещин, а также разработка критериев несущей способности элементов конструкций с трещинами. [c.728]

Форма и соотношение плош,адей, занятых усталостной трещиной и окончательным изломом, зависят от формы сечения элемента, способа его циклического нагружения, наличия концентрации напряжений, а также от влияния среды. На рис. 6.4 представлены схемы типов усталостных изломов для элемента круглого сечения (вал, ось) при знакопеременном изгибе в одной плоскости (а — более высокие циклические напряжения, близкий к симметричному двусторонний рост трещины усталости б — более низкие напряжения, запаздывание возникновения встречной трещины от точки Лг, асимметричное расположение и форма заштрихованного окончательного излома). Типы изломов виг свойственны вращающемуся круглому элементу при изгибе в одной плоскости (в — более высокие напряжения, большая доля сечения занята окончательным изломом, г — более низкие напряжения, большая часть излома занята усталостной трещиной, начавшейся в точке А). Типы изломов дне соответствуют предыдущему случаю нагружения, но при наличии концентрации напряжений в круглом эл-ементе, например, от галтели или выточки (д — более высокие напряжения, трещина развивается от точки А с повышенной скоростью на флангах, у зоны концентрации напряжений ее фронт изгибается, появляются встречные трещины, образуя эллиптическое очертание окончательного излома, е— более низкие напряжения, та же тенденция искривления [c.113]

При качении твердых тел могут возникать условия, приводящие к появлению поверхностных или подповерхностных трещин. Интенсивность развития микротрещин этих двух типов, а следовательно, и решающее влияние их на исход усталостного разрушения (выкрашивание, шелушение) будут зависеть от величины касательного усилия, влияния среды, состояния поверхности, давления. [c.272]

Коррозионно-усталостные трещины — это в большинстве случаев многочисленные трещины, разветвляющиеся по мере роста и заканчивающиеся пучками, напоминающими корневую систему растений (рис. 104). Они гораздо менее ориентированы, чем при усталостном разрушении без коррозионного влияния среды в некоторой степени трещины коррозионной усталости аналогичны трещинам, возникающим при коррозии без воздействия внешних переменных нагрузок. В последнем случае ориентированность трещин еще менее определенная. [c.130]

Причины торможения трещин, связанные с влиянием среды, в основном сводятся к усилению эффектов изменения напряженного состояния или свойств материала. Так, упрочнение в вершине трещины, недостаточное для торможения ее роста при одной температуре, может оказаться существенно большим и затормозить ее при другой температуре. В этом случае эффект воздействия температуры является обязательным для полной остановки трещины. [c.19]

Труднее объяснить часто наблюдаемые переходы между поведением I и II типов, вызванные изменениями температуры п приложенных напряжений. Наиболее вероятно, что такие переходы обусловлены многочисленными переменными параметрами, связанными с типом и морфологией оксида, механизмом ползучести и составом сплава. Например, можно ожидать, что толстые окалины, образующиеся при высоких температурах на стойких к окислению сплавах, особенно с высоким содержанием хрома или алюминия, будут повышать сопротивление ползучести на воздухе. Высказывались предположения, что изменение типа поведения с температурой отражает переход от высокотемпературного упрочнения, связанного с окалиной, к отрицательному воздействию адсорбции газов (особенно в вершинах трещин) при более низких температурах [23—27]. В то же время изменения температуры могут оказывать и косвенное влияние, изменяя преобладающий тип ползучести [1—6]. Это может быть причиной и переходов, вызванных изменением уровня проложенных напряжений [1-6]. Действительно, в состоянии очень высокого напряжения может отсутствовать стадия установившейся ползучести и тогда по существу мы наблюдаем влияние среды на режим ускоренной ползучести или на разрушение материала. В связи с этим следует заметить, что, к сожалению, большинство исследований коррозионной ползучести, а также и большинство технических испытаний на ползучесть [1-6] не сопровождаются непрерывной регистрацией деформации при определении времени до разрушения (длительной прочности). [c.41]

Часто высказывается предположение, что рассмотренное влияние среды на процессы образования полостей и роста трещин не [c.43]

Если испытания на скорость распространения трещины проводятся в условиях уменьшения К (например, на образцах с предварительно нанесенной трещиной, нагружаемых с помощью винта), то может произойти остановка трещины. Соответствующие значения К, если они существуют, называют пороговыми. При исследовании влияния среды на КР эту величину обозначают К/кр. В таких испытаниях обычно удается найти и область напряжений, в которой скорость роста трещины не зависит от К (область II на рис. 2). Это значение v называют максимальным при КР [2], поскольку в области III происходит, как правило, уже не зависящее от среды быстрое разрушение. [c.50]

Кроме того, исключена возможность развития трещины в результате скольжения и ползучести по границам зерен последнее может иметь место в вакууме и влияние среды при этом не является необ.ходимым условием, как в случае КР. Усталость и коррозионная усталость также не рассматриваются в данной главе, так как речь идет только о статических нагрузках. [c.152]

В этом разделе представлены известные к настоящему времени экспериментальные количественные данные, касающиеся влияния среды на рост трещины при КР на высокопрочных алюминиевых сплавах. Большинство из этих данных взяты из разных источников, многие количественные результаты испытаний на КР приведены здесь впервые. [c.188]

Следует отметить, что коррозионные трещины во влажном аргоне развиваются значительно быстрее, чем в сухом водороде (см. рис. 38 и 37). Сухой аргон иногда используется как относительно инертная среда при исследовании влияния других сред на субкритический рост трещины. Поэтому интересно знать количественные характеристики скорости распространения трещины в сухом аргоне, поскольку они должны использоваться как исходные данные. Для сплавов, показанных на рис. 38, рост трещины в сухом аргоне при скорости до 2,1-10 см/с не отмечался. Предполагается, что большинство промышленных высокопрочных алюминиевых сплавов будут вести себя аналогично, без роста коррозионных трещин в среде сухого аргона. Однако, как исключение в высокочистом сплаве системы А1—Mg—2п, отмечается субкритический рост трещины в сухом аргоне со скоростью 7-.10 см/с (рис. 39). Более агрессивные среды, такие как влажный воздух, особенно сильно ускоряют рост трещины в данном сплаве. Это показывает, что даже в сплавах высокой чистоты рост трещины сильно зависит от среды, поэтому данный процесс правильно назван КР. [c.193]

Рис. 126. Влияние коэффициента интенсивности напряжений на скорость роста трещин при КР для нескольких промышленных и экспериментальных сплавов, (усредненные данные для плит и штамповок ориентация трещины ВД среда

Сравнение результатов, полученных расчетом с использованием уравнений (8) II (7), с данными рис. 62 показывает, что предсказания теории находятся в хорошем соответствии с экспериментальными данными роста трещины в области / кривой v—К. Теория предсказывает линейную связь между логарифмом скорости трещины и коэффициентом интенсивности в вершине трещины. Экспериментальные результаты по скорости роста коррозионной трещины для области /, представленные в разделе по влиянию среды, показывают, что действительно прямая линия в полулогарифмических координатах является наиболее подходящим выражением экспериментальных данных (см., например, рис. 49). [c.284]

Таким образом, видно, что представленная модель достаточно хорошо подтверждается экспериментальными данными по КР. Эта модель находится также в хорошем соответствии с влиянием среды и с электрохимическими гипотезами роста коррозионных трещин, которые будут обсуждаться позднее, включая предположение, что растворение происходит в вершине трещины. [c.285]

Влияние среды на распространение коррозионных трещин наиболее удобно изучать в области независимости от коэффициента интенсивности напряжений на кривой V—К. Для любого сплава такой подход позволяет выделить влияние механических и технологических факторов. Более того, экспериментальные результаты показывают, что во многих (но не во всех) случаях область // является единственной частью кривой, где проявляется влияние среды. Поэтому дальнейший анализ направлен в первую очередь на обсуждение результатов влияния среды на плато скорости в области II на кривой о—К- [c.287]

Рост усталостной трещины приводит к образованию в ее вершине свежей ювенильной поверхности металла, сдвигающей локальный электродный потенциал в отрицательную сторону, и происходит локальное снижение pH раствора. Степень влияния среды определяется скоростью возникновения защитной пассивной пленки на свежей поверхности металла в вершине трещины. [c.97]

Уменьшение величины зоны пластической деформации металла у вершины усталостной трещины нами обнаружено также при электролитическом наводороживании армко-железа и некоторых сталей. К настоящему времени механизм влияния среды на изменение условий пластического течения металла в вершине трещины не нашел надлежащего объяснения. [c.101]

Описанные уравнения роста трещин многоцикловой усталости используют также и для оценки долговечности конструкционных элементов, работающих на циклические нагрузки в условиях воздействия агрессивных сред. При этом физико-химические свойства среды, а также условия нагружения, прежде всего такие, как частота и температура металла и среды, отражаются определенным образом на коэффициентах Вит. Имеющиеся в обширной литературе по коррозионной усталости экспериментальные данные о характере этого влияния достаточно разноречивы, причем в любом случае большую роль играют индивидуальные свойства металла и агрессивной среды. По некоторым данным рост трещин под воздействием агрессивной среды ускоряется, по иным данным, наоборот, замедляется, что объясняют образованием защитного слоя из продуктов коррозии, усиленным теплоотводом от зоны местных напряжений перед фронтом трещины в жидких средах и т. п. Однако в целом следует считать, что по мере углубления и расширения коррозионно-усталостных трещин влияние агрессивной среды (каким бы оно не было) должно ослабевать в сторону преобладания чисто механического фактора. Достаточно развитые трещины должны распространяться при прочих равных условиях в агрессивной среде примерно с той же скоростью, что и на воздухе. Это вытекает из тех очевидных соображений, что деструкция материала в зоне местных напряжений перед устьем трещины определяется в первую очередь местными пластическими деформациями, которые зависят в свою очередь от циклического напряженного состояния всего конструкционного элемента, а не от свойств агрессивной среды. Однако среда играет [c.135]

В зависимости от вида напряженного состояния у вершины трещины влияние среды на скорость ее роста проявляется по-разному. При малых значениях ЛХ, т.е. в условиях, близких к плоской деформации, среда интенсифицирует рост трещины и уменьшает пороговые значения относительно того же показателя в воздухе. При одинаковом размахе коэффициента интенсивности напряжений среда увеличивает скорость роста трещины в сплавах ВТ5, ВТЗ, ВТ14 в 6 3 и 2 раза соответственно. При более высоких уровнях Д/С, когда трещина распространяется в условиях [c.96]

Применительно к элементам газо-нефтехимического оборудования циклические напряжения возникают в несущих элементах конструкций в результате колебания давления и температуры, а также при подвижке основания из-за перемещения (оседания) грунта. Агрессивная среда усугубляет отрицательное воздействие циклических нагрузок и, как правило, повышает скорость зарождения и распространения трещин. Влияние среды по своему влиянию на скорость трещинооб-разования может быть существенно разным на стадиях зарождения и распространения коррозионно-усталостных трещин. Степень влияния среды на трещинообразование весьма зависит от частоты и амплитуды циклического нагружения. [c.267]

Однако в условиях эксплуатации деталей, в результате наличия надрезов, перекосов, влияния среды и т.п., стадия разрушения (т.е. возникновение и развитие трещины) появляется задолго до исчерпания несущей способности (до максимальной величины нагрузки, выдерживаемой деталью). При этом прочность материала (детали в идеализированных условиях) недоиспользуется или даже не используется вовсе. Длительность процесса разрушения (роста трещины) до полного разрушения занимает значительную часть жизни детали, доходя до 90% и выше. Главное - темп роста трещины, а не факт ее наличия. Поэтому для повышения прочности необязательно повышать среднее сопротивление отрыву - достаточно регулировать процесс появления и, в особенности, развития трещин. В конструкциях применяют различные препятствия, тормозящие развитие трещин и сигнализирующие об их появлении, а также дополнительные элементы конструкции, берущие на себя часть нагрузки при уменьшении жесткости от возникшей трещины. Необходимо развивать методы расчета, пути распространения трещины (траектории трещины), связи ее размеров с внешней нагрузкой и кинематические характеристики движения конца трещины. [c.118]

Проявление масштабного фактора тесно связано с влиянием состояния поверхности. В частности, длительное травление стекла плавиковой кислотой, удаляющее наружный слой и создающее идеально ровную поверхность, приводит к резкому снижению вероятности существования на поверхности опасных дефектов, и согласно статистической теории дефектов должно наблюдаться повышение прочности массивных образцов до прочности тонких стеклянных волокон. Эксперимент полностью подтверждает это предположение. ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ Й СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ НА ПРОЦЕССЫ РАЗРУШЕНИЯ. Состояние поверхности — один из важнейших факторов, влияющих на результаты механических испытаний образцов в лабораторных условиях. Наличие небольших выступов и впадин на плохо обработанной поверхности приводит к повышению концентрации напряжений. Поверхностные неровности могут играть роль хрупких трещин и значительно снижать определяемые испытаниями прочностные характеристики металла. Например, хрупкие в обычных условиях кристаллы каменной соли становятся пластичными, если при испытании их погрузить в теплую воду, растворяющую дефектный поверхностный слой (эффект Иоффе). Тщательная полировка поверхности металлических образцов приводит к увеличению измеряемых при растяясенпи характеристик прочности и пластичности. [c.435]

Рассматриваемая ситуация является наиболее приближенной к условиям, в которых находится материал при эксплуатационном нагружении. Химический состав окружающей среды оказывает решающее влияние на рост трещин в широком диапазоне изменения частоты нагружения и асимметрии цикла, что определяет возможность обильного и неограниченного поступления агрессивных продуктов из окружающей среды в вершину трещины. Во всех работах по изз гению роли окружающей (афессивной) среды на кинетику усталостных трещин подчеркивается, что это синергетическая ситуация, в которой именно взаимное влияние среды и параметров цикла нагружения на поведение материала в вершине трещины определяет эффект в реализации того или иного механизма ее продвижения. [c.385]

Основная роль влияния среды в рассматриваемой поправке отведена максимальному раскрытию берегов трещины [(/opjmax и длительности (времени) нахождения трещины в раскрытом состоя- [c.396]

В работе С. И. Кишкиной и Э. М. Радецкой [76, 77] показано, что коррозионная среда наиболее сильное влияние оказывает на зарождение трещины. Это объясняется тем, что при зарождении трещины обеспечивается свободный доступ среды к ее устью, а при дальнейшем развитии продукты коррозии, накапливающиеся в ее полости, мешают доступу среды. Несмотря на некоторое противоречие во мнениях о влиянии среды на зарождение и развитие разрушения, большинство исследователей [76, 79] приходят к выводу, что при работе в коррозионных средах увеличивается скорость распространения усталостного разрушения. [c.129]

Однако, и в материалах, мало склонных к очаговой коррозии, при наличии адсорбционно-активных сред может протекать разрушение, которое следует отнести к категории коррозионноусталостных. При этом основное отличие от сухой усталости, заключающееся в ускорении роста трещины, наблюдается в процессе разрушения. На изломе отсутствуют явно выраженные продукты коррозии, микроусталостные полоски имеют обычный вид. В этом случае, если нет соответствующих данных о скорости развития трещины в аналогичных условиях нагружения (по величине напряжения, частоте приложения нагрузки, геометрии изделия и т. д.), но без влияния среды, идентификация вида разрушения по фрактографическим признакам затруднена. [c.129]

Несомненно также, что термостойкость всех материалов уменьшается с ростом максимальной температуры цикла. Это можно объяснить не только возрастанием напряжений с повышением температуры, но и большей порчей материала при более высоких температурах, главным образом в поверхностных слоях. Замечено, что трещины термической усталости возникают не только в тех зонах и сечениях детали, которые подвергаются нагреву и охлаждению с наибольшей скоростью (например, в зонах, соответствующих границе действия потока горячих газов или, наоборот, охлаждающего потока), а также в зонах действия максимальных температур и поэтому, как правило, с наиболее окисленной поверхностью. Наблюдаемое значительное влияние среды на термостойкость подтверждает значение состояния поверхности так, долговечность турбинных лопаток при теплосме-нах 1050ч 600°С с вводом в газовой поток солей морской воды уменьшилась примерно в 10 раз по сравнению с результатами испытания в обычных условиях [81]. Отсюда становятся понятными причины положительного влияния на термостойкость защитных поверхностных слоев. [c.162]

Условия эксплуатации деталей машин характеризуются не только режимом нагружения, но и в неменьшей степени рабочей средой и ее температурой. Причем, если влияние температуры в большинстве случаев достаточно определенно, то влияние среды очень многообразно и зависит от активности физических или химических реакций с материалом детали. Наибольший интерес с точки зрения условий тормон<ения роста усталостных трещин представляют те случаи, когда в результате диффузии среды на поверхности детали образуется защитный слой или когда коррозионное воздействие притупляет вершину трещины, а действующий цикл напряжений не может обеспе- [c.100]

При исследовании влияния окружающей среды важным фактором является частота нагружения. Поскольку влияние среды сводится к взаимодействию окружающей атмосферы со свежеобнаженным материалом в участке, прилегающем к вершине трещины, важно знать продолжительность этого взаимодействия. Степень раскрытия трещины вследствие влияния окружающей атмосферы при каждом цикле была исследована и описана Уэйем [3] и Брэдшоу и Уилером [4]. При условии, что ползучесть вносит свой вклад в процессы усталости [4], частота нагружения также оказывает существенное влияние. [c.138]

Это сразу же приводит к трудностям в интерпретации влияния среды на процессы разрушения, поскольку ур всегда много больше у . Даже в экстремальном случае при охрупчивании сплава Ti—8 Al—1 Мо—IV в жидкой ртути скорость высвобождения энергии разрушения Gi почти на два порядка выше, чем принятая величина поверхностной энергии для титана 1000 мДж/м . Таким образом, можно констатировать, что либо среда влияет на пластические свойства материала, либо энергия распространения трещины не монсет рассматриваться как выражение суммы пластической и поверхностной энергий. [c.389]

Мо на воздухе и в естественной морской воде 183 ДКБ-образцы с надрезом и предварительно нанесенной усталостной трещиной испытывались при циклических нагрузках. Как при стационарном потенциале в морской воде, так и в условиях катодной защиты (при потенциалах от —800 до —1050 мВ относительно электрода сравнения Ag/Al l) не наблюдалось влияния среды на растрескивание данного сплава. В последующей работе, выполненной в той же лаборатории, скорость распространения усталостной трещины в этом сплаве сравнивалась с данными для других высокопрочных сплавов [184]. При этом также рассматривалось влияние морской воды при стационарном и при более отрицательном (на несколько сотен милливольт) потенциале. Сопоставление с результатами, полученными на воздухе, позволило сделать следующие выводы [c.187]

При изучении влияния среды борного регулирования водоводяных реакторов (дистиллированная вода, с добавлением Н3ВО3 и доведением с помощью КОН ее pH до 8) на скорость роста усталостной трещины в стали 15Х2МФА показано [148], что чувствительность стали к воздействию воды зависит от ее прочности. После термической обработки стали на категорию прочности КП 60 скорость роста усталостной трещины при высоких значения примерно в 5 раз выше, чем этой же стали, обра- [c.90]

Б.И.Ермоленко [72, с. 12—15] рри испытании плоских образцов с центральным надрезом из дюралюминия Д16АТ и низколегированной стали в вакууме, воздухе, лабораторных помещениях, дистиллированной воде и 3 %-ном растворе Na I установил, что воздух, как и дистиллированная вода, при низких амплитудах напряжений почти на порядок увеличивает скорость роста трещины по сравнению с испытаниями в вакууме (6,65 X X Ю Па). В то же время отрицательное влияние раствора хлорида натрия по сравнению с воздухом лабораторного помещения невелико. С повышением уровня циклических нагрузок влияние среды уменьшается и при АК, близких к критическому, практически исчезает. [c.107]

А1 6 HjO = 2 А1(0Н)з -н 3 Нг. Скорость развития усталостной трещины некоторых деформированных алюминиевых сплавов в среднеамплитудной области АК увеличивается под влиянием среды в следующем порядке сухой воздух, влажный воздух, вода, соленая вода. В 3,5 %-ном растворе Na I скорость развития трещины примерно в 4—5 раз выше, чем в сухом воздухе. Необходимо отметить, что указанные выше коррозионно-активные среды не оказывают влияния на пороговое значение [c.107]

Приведенные данные и результаты других работ [54, с. 180—206 196— 199], выполненных на различных низколегированных сталях, показывают существование определенной частотной границы (10-15 Гц), ниже которой имеет место заметное влияние коррозионной среды на скорость роста усталостной трещины. Существует мнение [196], что максимальное ускоряющее действие на рост трещины коррозионная среда оказывает при частоте нагружения 0,01 Гц. Другие авторы [54, с. 39—66] при исследовании сталей 45ХН2МФА и 20Х в дистиллированной воде обнаружили максимальное ускоряющее действие среды при частоте 0,1 Гц. Следует ожидать, и это подтверждено рядом работ, что снижение частоты нагружения до сотых и тысячных долей герц должно снизить отрицательное влияние коррозионной среды на скорость роста трещины в низколегированных сталях в пластичном состоянии, не склонных в данной среде к коррозионному растрескиванию. [c.125]

При частоте 8,3 Гц время взаимодействия металла со средой за один цикл меньше, поэтому не выявлено влияние среду на скорость роста трещины в высокоамд-литудной области. [c.130]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...