Охрупчивание — Возникновение

Причина отказа - это явление, процессы, события и состояния, обусловившие возникновение отказа объекта. Исследование причин отказа невозможно без привлечения физической теории надежности и ряда инженерных дисциплин. Действительно к явлениям, вызывающим отказы изделий машиностроения, могут быть отнесены пластическая деформация, химическое воздействие среды, охрупчивание или разупрочнение поверхностей и т.п. Отдельные явления приводят к появлению процессов и событий, вызывающих отказы. К процессам могут быть отнесены изнашивание, рост трещин, коррозия, старение материалов и т.п. Событиями, при- [c.69]

Решение этой проблемы - задача не простая. Прежде всего, наибольшую сложность в эту проблему вносят концентраторы напряжений, в том числе различные дефекты сварных соединений и основного металла, которые приводят к крайне неравномерному распределению напряжений и деформаций, возникновению локализованных пластических деформаций, изменению свойств металла из-за деформационного охрупчивания и старения и др. Кроме того, в расчетах ресурса безопасной эксплуатации необходимо учитывать повреждаемость металла во времени, что дополнительно усложняет решение подобных задач. Особую сложность представляет оценка ресурса элементов оборудования при одновременном действии нескольких повреждающих во времени факторов с учетом различного рода дефектов, в том числе и трещиноподобных. Заметим также, что практически открытой остается проблема старения металла в процессе эксплуатации оборудования. [c.329]

Анализ процессов обработки заготовок упругопластическим деформированием показывает, что все они сопряжены с возникновением в материале остаточных деформаций и напряжений, приводящих к охрупчиванию и повышению степени напряженности металла. [c.368]

Охрупчивание материала при возрастании частоты нагружения может возникнуть в условиях эксплуатации, например, применительно к лопаткам компрессора высоких ступеней газотурбинного двигателя. В условиях вынужденных колебаний от газодинамического потока имеющие место повреждения лопатки создают предпосылки возникновения резонансных явлений, когда при высоком уровне частоты нагружения в несколько тысяч герц могут иметь место возрастающие по уровню нафузки от резонанса. Однако следует оговориться, что возрастание частоты нагружения, особенно при резонансе, сопровождается снижением амплитуды колебаний. Поэтому с возрастанием частоты нагружения трещина может распространиться на все сечение детали только в припороговой области ее скоростей. [c.342]

Рис. 7.32. Схема возникновения охрупчивания металла в результате агрессивного воздействия среды и возникновение динамического деформационного упрочнения в связи с формированием полос скольжения [123]

В этой главе будет обсужден ряд вопросов, относящихся к структурному упрочнению и охрупчиванию двухфазных сплавов и особенно к распределению напряжений около частиц и роли этих напряжений в разрушении частиц и поверхностей раздела, к влиянию частиц на возникновение вязкого разрыва и хрупкого разрушения и, наконец, к хрупкой прочности двухфазных соединений с высоким содержанием хрупкой фазы. Обсуждение ограничено сплавами с крупными твердыми и хрупкими частицами, заключенными в мягкую и вязкую матрицу. В этой главе не рассматриваются дисперсионно твердеющие сплавы с очень мелкими дисперсными частицами и не включены также волокнистые или слоистые структуры. В обзоре рассматриваются деформация и разрушение двухфазных сплавов, описанные в работах [42, 64, 781, причем точки зрения каждой из этих работ имеют некоторые отличия по сравнению с настоящей работой. [c.59]

Наиболее часто в плазменном металлизаторе применяется аргон. Для снижения стоимости процесса обработки может быть использован азот. С целью увеличения температуры в центре для расплавления более тугоплавких материалов добавляют небольшое количество водорода. При опасности возникновения водородного охрупчивания вместо водорода используют гелий. [c.80]

При выборе конструкционных материалов для оболочек твэлов, корпуса, технологических каналов атомных реакторов основным критерием в большинстве случаев являются их механические свойства. И это понятно, поскольку при облучении материала нейтронами до интегральной дозы 2-10 см каждый атом решетки испытывает более 100 смещений. При этом существенно изменяются структура и физико-механические свойства материалов. Облучение вызывает повышение пределов текучести и прочности, снижение ресурса пластичности, увеличение критической температуры перехода из хрупкого в вязкое состояние, размерные изменения за счет радиационного роста, ползучести и распухания. Вследствие ядерных реакций в материалах образуется большое количество газообразных примесей (гелий, водород), наличие которых в объеме приводит к возникновению таких явлений, как водородная хрупкость, гелиевое охрупчивание, газовое распухание. Существенное влияние на механические свойства материалов оказывают негазовые продукты ядерных превращений, которые могут выделяться в количествах, больших предела растворимости, и тем самым изменять фазовое состояние материалов [1, 2]. [c.54]

Охрупчивание ниобия с покрытием (без дополнительных отжигов) может быть также объяснено возникновением напряжений на границе покрытия — основной металл. С целью проверки этого предположения были испытаны образцы с покрытием и образцы с той же толщиной покрытия, но после его стравливания. [c.102]

Вполне вероятно, что причина охрупчивания заключена в возникновении напряженного слоя на границе покрытие—металл. На механические свойства ниобия при комнатной температуре может оказывать влияние не только наличие самого покрытия, но и термообработка, сопровождающая процесс осаждения покрытия. Для выяснения влияния этого фактора было проведено сравнение свойств ниобия с покрытием и без покрытия, прошедших одинаковую термическую обработку. [c.103]

Отжиг при 1600°С в течение 2-х ч не приводит к охрупчиванию прутков из молибдена, модифицированного карбидами, в отличие от нелегированного молибдена (см. табл. 3.4), в котором при отжиге происходит распад твердого раствора (см. рис. 3.5), вызывающий возникновение локального фазового наклепа. В модифицированном металле распад твердого раствора про- [c.54]

В процессе эксплуатации барабана представляется также неопасным и действие коррозионной среды, которая, ускоряя процесс возникновения начальной трещины термической усталости, способствует притуплению кончика трещины, а соответственно и снижению опасной концентрации напряжений в этой локальной зоне охрупчивания материала. Сказанное подтверждается, с одной стороны, экспериментальными данными, а с другой стороны, характером трещин в барабанах. [c.23]

Аустенитные стали имеют низкую теплопроводность и высокий температурный коэффициент линейного расширения, что обусловливает перегрев металла в зоне сварки и возникновение значительных деформаций изделия. Основные трудности сварки рассматриваемых сталей и сплавов обусловлены высокой степенью легирования и разнообразием условий эксплуатации сварных конструкций. Основная особенность сварки таких сталей — склонность к образованию в шве и околошовной зоне горячих трещин в виде как мельчайших микротрещин, так и трещин значительных размеров. Образование горячих трещин связано с формированием при сварке крупнозернистой макроструктуры. Применение методов, способствующих измельчению кристаллов, повышает стойкость шва против образования горячих трещин. Эффективным средством является создание аустенитно-ферритной структуры металла щва. Получение аустенит-но-ферритных швов достигается путем дополнительного легирования металла шва хромом, кремнием, алюминием, молибденом и др. В сварных швах изделий, работающих как коррозионно-стой-кие при температуре до 400 °С, допускается содержание феррита до 25 %. В изделиях из жаропрочных и жаростойких сталей, работающих при более высоких температурах, содержание феррита ограничивают 4—5 %. Значительные скорости охлаждения при сварке и диффузионные процессы, происходящие при повышенных температурах в процессе эксплуатации, приводят к сильному охрупчиванию металла сварных соединений жаропрочных сталей и к потере прочности при высоких темпера- [c.334]

Коррозию под напряжением можно определить как процесс возникновения и развития трещин, вызванный одновременным действием коррозионной среды и напряжений. Это общее определение не рассматривает конкретных взаимодействий, приводящих к образованию или развитию трещин. Оно включает анодные процессы, при которых происходит предпочтительное химическое растворение напряженного материала, а также катодные процессы (например, выделение водорода, который может диффундировать в материал и вызывать разрушение перед вершиной трещины благодаря действию механизма водородного охрупчивания). [c.245]

Метод анодной защиты при помощи катодного протектора может быть использован не только для защиты от коррозии, но также для защиты от возникновения водородной хрупкости. Известно, например, что в жестких условиях эксплуатации в концентрированных растворах соляной и серной кислот при высоких температурах тантал вследствие наводороживания в процессе коррозии становится хрупким [192]. В подобных условиях можно защитить тантал от охрупчивания путем контактирования его с платиной или палладием [193]. При этом отношение защищаемой анодной поверхности (тантала) к катоду (платина или палладий) очень велико. Защита от наводороживания вызывается сдвигом потенциала тантала к значениям, близким к значению равновесного водородного потенциала, что в значительной степени затрудняет процесс водородной деполяризации на тантале. Кроме того, анодная поляризация тантала при контакте с катодом (платиной, палладием) также тормозит процесс восстановления водорода на тантале. Эти факторы и приводят к устранению водородной хрупкости тантала при контакте его с платиной, палладием (табл. 36) и с другими металлами платиновой группы, а также при введении в раствор ионов этих металлов или при создании гальванических осадков этих металлов на поверхности тантала. [c.164]

Форма мессбауэровских спектров двухфазных (e + v)-сплавов существенно сложнее, чем у однофазных у-сплавов. -Исследование низкоуглеродистых (0,05% С) двухфазных. железомарганцевых сплавов с 20, 24, 30% Мп показало, что в этих сплавах все атомы железа, находящиеся в ГЦК-решетке, антиферромагнитно упорядочены ниже критической температуры Тм- Локальное магнитное поле у-фазы резко уменьшается как только происходит перестройка ее В е-фазе [2]. За счет возникновения ближнего порядка в сплавах число пар Fe—Мп уменьшается. С увеличением Содержания марганца абсолютные значения химических сдвигов у- и е-фаз растут, что можно объяснить увеличением ковалентных связей. Это обстоятельство может играть существенную роль в изменении механических и коррозионно-механических свойств, вызывая охрупчивание сплава. Указанные закономерности распространяются на весь интервал двухфазных (е-Ьу)-сплавов до 40% Мп. [c.82]

Хрупкое разрушение деталей происходит при возникновении больших ударных нагрузок, при работе в условиях низких температур (низкотемпературное охрупчивание некоторых видов конструкционных сталей с примесью азота), больших остаточных напряжениях, например в сварных соединениях, наличии местных дефектов в материале, большой концентрации напряжений, действии факторов, не связанных с механическим напряжением (тепловое и радиационное охрупчивание). Хрупкое разрушение является причиной выхода из строя сварных соединений, чугунных отливок, фасонных деталей с объемной термообработкой до высокой твердости и т. д. [c.32]

По нашему мнению, с учетом условий возникновения и формы развития водородной хрупкости эксплуатационного происхождения следует различать охрупчивание [c.175]

В общем виде процесс водородного охрупчивания, связанный с возникновением внутреннего давления, порождается не только выделением молекулярного водорода. Он может происходить и в [c.180]

Запас вязкости не может быть равным нулю, так как возможны возникновения в процессе эксплуатации, ухудшающие вязкость (повышающие порог хладноломкости) обстоятельства, а это приведет к охрупчиванию материала. В соответствии с этим, положение порога хладноломкости характеризует сопротивление хрупкому разрушению. Чем ниже положение порога, тем более надежен материал, так как охрупчивающие факторы могут еще и не перевести его в состояние, склонное к хрупкому разрушению. [c.74]

В рассматриваемых реакциях вследствие пирогидролиза хлористого титана происходит образование соляной кислоты, которая поддерживает в активном состоянии поверхность титана в местах разрушения окисной пленки, способствует процессам локального растворения и насыщения металла водородом. Чем больше химическая гетерогенность металла, тем более интенсивно протекают процессы локального растворения и тем активнее происходит насыщение металла водородом. При этом следует иметь в виду, что склонность к водородной хрупкости при нагружении металла в области температур 250—500°С существенно отличается от хрупкости при 20°С. При температурах горячесолёвого растрескивания выделения гидридов, по-видимому, не происходит из-за очень высокой растворимости водорода в металле, и сами гидриды не могут проявить хрупкость при данных температурах. Водородная хрупкость в этом интервале температур возможна лишь при сравнительно высоких концентрациях водорода как обратимая водородная хрупкость, связанная с повышенной концентрацией водорода на границах зерен. Эта концентрация способствует возникновению локального вязкого течения и соответственно охрупчиванию металла. [c.77]

Аварийные повреждения магистральных нефтепроводов внешне характеризуются большим разнообразием (по основному металлу, по заводскому шву, по монтажным швам, в различных точках трубы и тройниковых соединений). Также различны и сроки эксплуатации до возникновения аварий от нескольких месяцев до десятка лет. Однако пояти все нарушения имеют общие признаки. Если исключить случаи явных дефектов и брака, то можно считать, что большая часть аварий происходит без видимых причин и часто при давлениях ниже рабочих. Отсутствуют пластические макродеформации по периметру трубы и у кромок в местах максимального раскрытия трещин в центральной части разрыва, а разрушения часто имеют очаговый характер. Механические свойства металла, в том числе твердость и ударная вязкость, в очаговых зонах (длиной порядка 150—250 мм) остаются прежними, и охрупчивания металла из-за потери свойств (старение, наводоро-живание) не происходит. Это значит, что если бы разрушение было чисто механическим и вызывалось однократной (статической) нагрузкой, то должны были бы произойти значительные пластические макродеформации, чего на самом деле нет. Такие остаточные деформации с утонением стенки трубы проходят на остальном протяжении разрыва в зоне механического дорыва косым срезом, распространяющегося в обе стороны от очага разрушения. Таким образом, четко различаются две зоны — зона зарождения (очага) разрушения и зона разрыва (рис. 97). [c.222]

Ранее было показано [3], что при малоцикловом нагружении при температуре интенсивного деформационного старения (650° С) количество, размер и характер расположения частиц существенно зависят от условий деформирования. Характер выпадения новой фазы (карбидных частиц) определяется уровнем действующей нагрузки (деформации), временем нагружения и формой цикла, причем при заданном режиме нагружения (одно- и двухчастотное, программное и пр.) наблюдается сочетание времени и нагрузки, когда процессы старения вызывают хрупкое разрушение образца. Нагрузка ниже такого уровня приводит к тому, что время старения оказывается недостаточным для полного охрупчивания материала и излом имеет вязкий или смешанный характер. При малых нагрузках деформационное старение протекает медленнее и процессы выпадения частиц новой фазы оцределяются в основном временем нагружения. Чем ниже действующее напряжение, тем бо,пьше времени необходимо для возникновения хрупких состояний. [c.67]

Таким образом, при циклическом упруго-пластическом деформировании аустенитной стали Х18Н10Т развитие процессов деформационного старения зависит от условий нагружения (температура испытания, уровень нагрузки и форма цикла). При испытании в условиях интенсивного деформационного старения (650° С) процессы упрочнения и охрупчивания материала связаны с образованием карбидной фазы (в основном карбида МегзСб), при других температурах нагружения (например, 450° С) процессы упрочнения и изменения пластичности материала могут быть связаны с формированием блочной структуры. При этом карбидообразование протекает менее интенсивно и существенно зависит от формы цикла (причем в отличие от испытаний при 650° С при 450° С наблюдается в данной стали преимущественно карбид МеС). Развитие карбидообразования и формирования блочной структуры в зависимости от уровня нагрузки при 450° С, так же как и при 650° С, может приводить к возникновению хрупких состояний, и излом при этом носит хрупкий характер. В связи с изложенным, наблюдающееся изменение циклических характеристик (ширина петли гистерезиса, односторонне накапливаемая деформация, пре-де.л текучести и др.) при температуре 650° С может быть связано в основном с развитием деформационного старения (выпадением карбидных частиц), а при 450° С — с формированием блочной ( решетчатой ) структуры. [c.71]

На рис. 133 приведена панорамная микрофотография зоны низкотемпературного разрущения слоистой композиции Х18Н10Т + кремнистое железо + Х18Н10Т, иллюстрирующая поддерживающий эффект, создаваемый слоем стали Х18Н10Т, нечувствительным к охрупчиванию при низких температурах. Этот эффект смещения критической температуры хрупкости всей слоистой композиции в сторону более низких температур может быть связан также с возникновением сложнонапряженного состояния, как, например, показано в работе [103] при исследовании закономерностей перехода вязко-хрупкого разрушения молибдена в медно-молибденовой слоистой композиции, деформированной в интервале температур 77—300 К. [c.228]

Микрорельеф, показанный на рис. 131, в, отражает структурные изменения, происходящие в рассматриваемом биметалле в интервале температур 700—900° С. Эти изменения заключаются в усилении процессов межзе-ренного смещения, в результате которого образуются специфические складки в зернах стали СтЗ, в них выявляются субструктура и признаки рекристаллизации под напряжением. Образование данного микрорельефа связано с возникновением и ростом межкристаллических трещин в стали СтЗ, а также с протеканием сдвиговых процессов в науглероженной прослойке плакирующего слоя и развитием в ней микронадрывов, обусловленных охрупчиванием рассматриваемого структурного участка при интенсификации процессов реакционной диффузии, сопровождающихся образованием дисперсных частиц. [c.235]

Водородная хрупкость. Возникновение трещип при постоянно действующем напряжении возможно в оборудовании, в котором имеется водород под высоким давлением. Это явление аналогично коррозионному растрескиванию [39], т. е. инициация трещины является функцией К, причем имеется пороговое значение К, ниже которого металл не разрушается. Разрушение также возможно в результате охрупчивания, обусловленного взаимодействием с водородом, например растрескивание медных сплавов ввиду образования в порах водяного пара под высоким давлением или водородной хрупкости в случае наводороживапия при электроосаждении, При низких температурах разрушений, обусловленных водородной хрупкостью, не наблюдалось. Тем не менее в случае утечки газа из емкостей с жидким водородом в материалах, имеющих температуру, близкую к комнатной, возможно появление водородной хрупкости. [c.22]

Fe — Mn как следствия образования мартенсита по механизму, аналогичному тому, который имеет место при возникновении закалочных трещин в конструкционных сталях однако в данном случае положение осложняется образованием е-мартенсита. Если такое предположение правильно, то подавить межзеренное охрупчивание можно было бы посредством охлаждения с контролируемой скоростью для предотвращения воз-никовения внутренних напряжений по границам зерен. [c.263]

Водородный износ при трении. Процесс трения (локальные давления, температура, эмиссия электронов и пр.) резко усиливает выделение водорода на поверхностях трения в результате каталитического ускорения реакций распада адсорбированных молекул углеводородов, снижения энергетического барьера реакции окисления, возникновения и протекания поверхностных химических реакций, в частности трибодеструкции, распада гидропероксидов и пр. Очевидно, рассмотренный ранее абразивный износ вызывает и интенсифицирует водородный износ, так как действие абразива во многом связано с образованием на металле зоны наклена. Водородный износ, как и водородное охрупчивание, особенно сказывается в узлах трения машин и механизмов, эксплуатирующихся при низких температурах, например в условиях Крайнего Севера. При понижении температуры растворимость водорода в металле увеличивается, поэтому при трении в зоне локально высоких температур наблюдается приток водорода к этим участкам и соответствующий мгновенный водородный износ. [c.228]

Теплостойкость стали марки W3, которая в результате термической обработки обладает высоким временным сопротивлением на разрыв, в определенном интервале температур существенно больше, чем у сталей с меньшим значением временного сопротивления. На рис. 214, кроме предела текучести при растяжении стали марки W3, изображены еще пределы текучести при нагреве в зависимости от температуры испытания двух марок обработанных термическим путем на различные пределы прочности при растяжении вольфрамовых штамповых сталей для горячего деформирования, а также стали К12 и мартенситно-стареющей стали. Однако относительное сужение площади поперечного сечения образца в случае инструментальных сталей с 5— 10% W и стали W3, имеющей предел прочности при растяжении более 1200 Н/мм в интервале температур, превышающих 500° С, резко уменьшается, возникает охрупчивание при нагреве. Довольно часто можно наблюдать межкристаллитное разрушение вследствие образования вдоль границ зерен интерметаллидов, нитридов и других выделений. В сталях, полученных переплавом, этот вид охрупчивания встречается реже. Величина охрупчивания при нагреве тем больше, чем выше прочность стали и чем большей температурой закалки эта прочность была достигнута (рис. 215). Вязкость при нагреве вольфрамовых сталей в большей степени зависит от скорости охлаждения. Чем меньше скорость охлаждения или чем больше можно обнаружить в структуре стали бейнита, возникающего при температуре выше 400—420° С, тем меньше вязкость стали при нагреве. Если переохлажденный аустенит превращается при температуре ниже 360—380° С, то опасность возникновения охрупчивания при нагреве также меньше. Повышение температуры испытания (а следовательно, и инструмента) до 500° С значительно увеличивает сопротивление хрупкому разрушению и энергию распространения трещин в сталях (рис. 216), закаленных в основгюм при пониженных температурах, а также полученных электрошлако -вым переплавом. Однако при температуре нагрева, превышающей [c.270]

Во-первых, эффект коррозионного растрескивания установлен в общем только для сплавов,, однако следут иметь в виду, что наблюдалось межкристаллитное растрескивание меди 99,999%-ной чистоты в аммиачном растворе [102]. Хотя это может быть связано с загрязнениями на границах зерен, т. е. с содержанием сплава в металле высокой чистоты, называть такой материал сплавом не принято. Сообщалось также о межкристаллитном растрескивании железа высокой чистоты [103], которое вызывалось загрязнениями по границам зерен. Во-вторых, растрескивание возникает в сплавах только при воздействии некоторых специфических сред (например, а-латуни в аммиаке, как это показано в табл. 13), однако число этих сред возрастает по сравнению с первоначально установленной номенклатурой. Когда вызывающей растрескивание средой является вода, ее происхождение не имеет существенного практического значения. В-третьих, коррозионное растрескивание — явление, возникающее при сочетании наличия напряжений в детали и пребывания ее в коррозионной среде. Устранение либо среды, либо напряжений будет предотвращать возникновение трещин или пр юстановит дальнейший рост уже образовавшихся трещин. В-четвертых, при любом характере приложенного напряжения оно должно иметь растягивающую поверхностный слой компоненту. Наконец, следует отметить, что не совсем ясна определяющая коррозионная реакция, вызывающая развитие трещин. Растрескивание ииожет возникнуть из-за коррозии, т. е. разъедания металла, на очень узком фронте по описанным ниже причинам, но может быть также следствием локального охрупчивания, вызванного поглощением атомов водорода, которые разряжаются на локальных катодах близко к острию трещины. Иногда между этими двумя обш ими механизмами делают различие, называя первый механизмом активного пути, а второй — механизмом водородного охрупчивания. Хотя уже стало привычным рассматривать их по- [c.173]

Как отмечалось в п. 4.3.3, сложность процесса водородного охрупчивания обусловлена многими факторами. В упрош енном виде водородное охрупчивание эксплуатационного происхождения включает пять стадий возникновение водорода (если это не водородосодержа- [c.173]

Радиационное охрупчивание приводит к повышению предела текучести и в меньшей степени временного сопротивления, снижению поперечного сужения и ударной вязкости на верхнем плато. Степень радиационного охрупчивания от температуры облучения зависит немонотонным образом. Ослабление охрупчивания с повышением температуры связывают с проявлением эффекта самоотжига или самозалечивания дефектов по мере их возникновения при облучении. По данным Дж. Хоуторна [82], при температурах выше некоторой критической, чаще всего 200-235 °С, доля аннигилирующих дефектов с ростом температуры увеличивается. [c.188]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...