Рост трещины кинетика

Рис. 42.4. Кинетика докритического роста трещин для стали 50Х (отпуск 2Ш °С) в изобутиловом спирте. Каждой кривой соответствует свое значение Ка.

Понимание физико-химической природы коррозионного разрушения наиболее важно в случае роста трещин при низких значениях коэффициента интенсивности напряжений, кинетика которых определяет долговечность изделий с трещиной. Здесь доминирующим является либо водородное охрупчивание, либо локальное анодное растворение. Механизм водородного охрупчивания (см. 41) характеризуется тем, что независимо от состава среды и приложенного потенциала в вершине трещины вследствие гидролиза продуктов коррозии устанавливаются всегда такие значения pH и потенциала, при которых термодинамически воз-моя ен проце.сс разряда ионов водорода [c.344]

В последнее время развит метод индикации механизма воздействия коррозионных сред, основанный на сравнении скоростей роста трещин при испытаниях с отсутствием и наложением катодной поляризации [128]. Считается, что если внешняя поляризация приводит к усилению кинетики роста трещины, то доминирующим механизмом является водородное охрупчивание. [c.345]

Несмотря на то что по схеме нагружения контактные испытания отличаются от усталостных, например при изгибе или растяжении — сжатии, кинетика процесса (постепенное накапливание повреждений — образование трещин — рост трещин — разрушение), оценочные характеристики (предел выносливости, коэффициент вари- [c.42]

При работе, например, деталей газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания воздействие термоусталостных напряжений сопровождается газоабразивным изнашиванием, коррозионным разрушением поверхности. Одним из эффективных способов защиты поверхности от воздействия продуктов сгорания является нанесение специальных покрытий. Известно, что усталостные трещины (в том числе и термоусталостные) зарождаются обычно на поверхности изделия. Поэтому важно знать характер влияния покрытия на кинетику термоусталостного разрушения. Защищая основной металл от воздействия среды, т. е. увеличивая тем самым долговечность, покрытие может стеснять пластическую деформацию поверхностных слоев, способствовать возникновению и росту трещин, уменьшать надежность детали. [c.128]

Данные по влиянию пластинчатых структур на кинетику роста трещин получены в основном при испытаниях- на воздухе и не вызывают сомнений. Вместе с тем исследования, выполненные в последние годы [84, 85], показали, что уровень малоцикловой долговечности в коррозионной среде, как и вязкость разрушения в значительно большей [c.124]

Вопрос о том, какому размеру усталостной трещины уделять внимание на практике, определяется условием дости ения предельного состояния тела с трещиной и возможностями методов и средств неразрушающего контроля, используемыми на практике для выявления трещин. Исходя из представлений о длительности процесса развития трещин и возможностей неразрушающих методов и средств контроля, а также доступности самих мест контроля эту проблему можно рассматривать непосредственно в рамках рассмотренного выше вопроса об относительной живучести материала. Живучесть основных силовых элементов конструкции оказывается достаточной для введения обоснованного и экономически целесообразного надежного периодического контроля. Вместе с том даже в однотипных элементах конструкций могут возникать усталостные трещины в результате повреждения поверхности детали в разных сечениях и зонах с различной концентрацией нагрузки. В этих условиях стратегия определения периодичности осмотра, выбор и обоснование метода и средств контроля не мог>т быть рассмотрены с общих позиций. Необходим анализ особенностей проведения контроля по таким различным критериям, как доступность зоны контроля, геометрия детали, месторасположение трещины, периодичность осмотров с учетом кинетики роста трещины в зоне контроля, чувствительность метода и стоимость процедуры контроля. Интенсивность осмотров и их трудоемкость могут перекрывать положительный эффект от эксплуатации элемента конструкции по принципу безопасного поврежде- [c.65]

Перечисленные задачи решаются на основе первичной информации о кинетике распространения усталостной трещины. Речь идет о наиболее полной характеристике последовательности реализованных механизмов разрушения по стадиям роста трещины. [c.81]

Процесс разрушения элемента конструкции в эксплуатации отражен в реакции материала на все многообразие условий его нагружения, выраженное в формировании определенной морфологии рельефа излома в направлении развития усталостной трещины. По параметрам рельефа излома, таким, например, как усталостные бороздки, может быть восстановлена кинетика распространения усталостной трещины в терминах — скорость процесса разрушения по длине трещины. Если исходить из того, что каждому диапазону воздействия или условиям нагружения, или их сочетанию соответствует своя реакция материала, приводящая к реализации определенного механизма разрушения, то тогда по параметрам рельефа излома легко определить, в каком диапазоне воздействия работал материал. Но в таком случае для каждого диапазона или условий нагружения должна быть построена своя базовая или тестовая кинетическая кривая, и уже она может быть использована для описания процесса роста усталостных трещин в строго установленных границах ее использования. При рассмотрении реализованного процесса роста трещины на основе изучения, например, параметров рельефа излома или слежения за ростом трещины в ходе периодического эксплуатационного контроля получаемой информации достаточно, чтобы по данным эксплуатационного контроля решать вопросы об обеспечении [c.187]

Введение циклического предела текучести связано с тем, что при монотонном растяжении и упрочнении материала в повторяющихся циклах пластического деформирования у кончика трещины в разные моменты времени начинается накопление необратимых повреждений на восходящей и нисходящей ветви нагружения в единичном цикле. Поэтому циклический предел текучести точнее характеризует кинетику усталостных трещин. Однако следует отметить, что обе величины пределов текучести для многих материалов близки друг другу. Различие в коэффициентах пропорциональности в 10 раз в уравнениях (5.22) и (5.23) свидетельствует о том, что для разных материалов наблюдается подобный рост трещины с эквидистантным смещением кинетических кривых. Однако природа такого существенного расхождения в закономерностях роста трещины не выявлена. [c.239]

Переменная величина коэффициента в выражении (5.60) для разных условий стеснения пластической деформации для разных форм трещин согласуется с описанием кинетики усталостных трещин с единых позиций, но с учетом различий в стеснении пластической деформации материала перед вершиной трещины по мере увеличения скорости роста трещины [128]. В описании процесса при построении кинетической кривой до ее сере- [c.251]

Во всех случаях логика учета того или иного фактора состоит в получении некоторой безразмерной поправки по отношению к принятым базовым условиям эксперимента. Для лабораторного опыта целесообразно использовать наиболее удобные условия нагружения, по отношению к которым и проводить оценку влияния того или иного фактора воздействия на кинетический процесс роста усталостных трещин. Под тестовыми условиями опыта предложено [129] понимать пульсирующий цикл одноосного растяжения при уровне напряжения 0,3 < [Оо/(сто,2)]о - 0,4, частоте нагружения 10-20 Гц, температуре 293-298 К, влажности воздуха от 70 до 75 % и давлении 760 мм рт. ст. Именно к этим условиям и могут быть сведены все вариации условий внешнего воздействия на элемент конструкции и проведена количественная оценка их роли в кинетическом процессе по величине безразмерной поправки. При этом условием эквивалентности получаемых кинетических кривых является эквидистантный характер их смещения относительно друг друга при изменении величины изучаемого параметра воздействия на кинетику усталостных трещин. Если же это не происходит, то либо экспериментально не удается сохранить условия подобия при изучении параметра воздействия, либо его влияние на кинетический процесс изменяется в направлении роста трещины, что должно быть рассмотрено путем введения дополнительной поправки как функции, например, которая учитывает изменение КИН в зависимости от длины усталостной трещины. [c.254]

Реальная траектория трещины рассмотрена с учетом роли поперечного сдвига в сочетании с нормальным раскрытием берегов трещины при формировании рельефа излома [130-138]. Обоснованием такого подхода является существование кристаллографической чувствительности материала к росту трещин и наблюдаемый по поверхности образца зигзагообразный профиль трещины в направлении ее роста (рис. 5.4). Однако указанная извилистая траектория трещины отражает кинетику формирования скосов от пластической деформации, а не процесс развития разрущения за счет поперечного сдвига, доминирующего в моделях роста трещин. [c.255]

У поверхности сдвиговый процесс формирования скосов от пластической деформации под дет -ствием мод III+I раскрытия берегов трещины остается неизменным как на стадии стабильного роста трещины, так и на этапе ее быстрого роста в образце или элементе конструкции. Смена механизма разрушения у поверхности не происходит, а наблюдаемые изменения в кинетике усталостной трещины по поверхности образца или детали отражают смену механизмов разрушения в срединной части фронта трещины. Поэтому изучение эффектов влияния параметров цикла нафужения на развитие усталостных трещин связано с сопоставлением наблюдаемой реакции материала на внешнее воздействие на поверхности образца и сопоставлением этой реакции с процессами в срединной части материала, где по изменениям величин параметров рельефа излома можно следить за кинетикой усталостного процесса. [c.285]

Соотношение (6.1) учитывает независимое влияние асимметрии цикла R и двухосного нагружения на рост трещин, а также синергетический эффект взаимного влияния этих параметров через введение дополнительной поправки /(й, Х. ). Дополнительная поправка равна нулю, если взаимным влиянием параметров можно пренебречь в описании кинетики усталостных трещин. [c.286]

Неизменное влияние асимметрии цикла на кинетику усталостных трещин в условиях подобия процесса разрушения материала в направлении роста трещины, при прочих равных условиях, реализуется во многих случаях и описывается по аналогии с (6.4) или (6.5) в виде полинома (см. приложение к главе 5)в виде [37-39] [c.300]

Выполненный обзор литературы позволяет сделать вывод, что для описания влияния коррозионной среды можно использовать подходы, основанные на применении линейной механики разрушения. На наш взгляд, для проведения расчетных исследований кинетики усталостной трещины в коррозионной среде наиболее приемлем метод, изложенный в работе [168], с помощью которого можно рассчитать скорость развития трещин в коррозионной среде при различной частоте нагружения на основании данных о скорости их развития на воздухе. В случае, если КИН при соответствующей длине трещины в элементе конструкции будет больше, чем Ks , количество циклов, необходимое для роста трещины при этом условии, можно считать нулевым. Такое допущение дает консервативную оценку долговечности элемента конструкции, что в инженерной практике вполне допустимо. [c.200]

В последние годы получила развитие динамическая механика разрушения [32], использующая аналитические, численные и экспериментальные методы. Для экспериментального исследования напряже1пюго состояния вблизи вершины трещины и кинетики трещины применяют различные методы, включая методы фотоупругости и теневых зон (каустик). Созданные модели динамического разрушения используют те же положения, что и для квазистатиче-ского разрушения, а именно - представления о коэффициенте интенсивности напряжений и условие постоянства удельной энергии разрушения. Эти модели динамического разрушения базируются на предположении о непрерывном характере роста трещин. Экспериментальные данные, однако, показывают дис- [c.297]

Установлено качественное изменение механизма и кинетики разрушения при ударном изгибном погружении обработанного лазером поверхностного слоя по сравнению с металлом после объемной термической обработки, что связано с торможеиием роста трещины при ее прохождении через слои с различными физико-механическими свойствами. [c.104]

Естественное развитие линейной механики разрушения состоит в приложении основных ее -концепций к задачам кинетики роста трещин во времени или в зависимости от числа циклов, если речь идет об усталостном разрушении. Важно при этом, что кинетика, линейная или нелинейная, предполагается чисто локальной, все процессы разрушения любой природы предполагаются происходящими в концевой области весьма малых размеров, вне этой области материал упруг. Тогда в любых кинетических уравнениях единственным представителем напряженного состояния будет коэффициент интенсивности. Разделы книг, носвященные усталостному разрушению, например, строятся именно таким способом. [c.12]

В механике разрушения наметились два подхода к анализу медленного роста трещин. При первом (микроструктурном) подходе главное внимание уделяют кннетике микроразрушений в малой концевой зоне трещины, описывая ее либо уравнениями химической кинетики, либо кинетической теорией прочности С. Н. Журкова. При этом считают, что реологические свойства материала проявляются только в малой концевой зоне трещины, а вне трещины материал упругий. Во втором (феноменологическом) подходе к изучению кинетики роста трещин во времени с учетом реологических характеристик материала методами механики сплошной среды исследуют развитие трещины или в вязко-упругой среде, или в материале с накапливающимися малыми повреяедениями. [c.299]

Дальнейший анализ роста трещины в металлах при воздействии водорода связан с разработкой количественной модели, устанавливающей связи этого роста с интенсивностью механического воздействия на металл в зоне нредразрушения (т. е. К), кинетикой перераспределения водорода и его накопления в ответственных за разрушение микрообъемах [4, 212]. [c.328]

Ввиду сложности и многостадийности физико-химических процессов взаимодействия водорода с металлами построение зависимости вида (41.3) уже само по себе может составить предмет отдельной теории. Поэтому в дальнейшем ограничимся рассмотрением лишь той стадии, которая предполагается определяющей для роста трещины. Однако вопрос о природе этой стадии пока не может считаться решенным. Действительно, существуют две гипотезы о кинетике перераспределения водорода (и кинетике роста трещины) согласно этим гипотезам перенос водорода к очагам разрушения контролируется или диффузией внутри металла, или (в случае воздействия водородосодержащих сред) поверхностными процессами адсорбции молекул среды и хемосорбции без участия диффузии водорода внутрь металла [361, 364, 374, 375, 381]. Имеющиеся результаты показывают, что диффузионная гипотеза представляется достаточно достоверной. На основе уточненных данных о напряженно-деформированном состоянии у вершины трещины [392] установлено соответствие расчетного [c.328]

Особенности кинетических диаграмм разрушения. В первых исследованиях, касающихся оценок кинетики докритического роста трещип при длительном статическом нагружении в водных средах, рассматривались преимущественно закаленные низкоот-пущенные стали с пределом текучести выше 1500 Н/мм . Было показано, что скорость распространения трещины прямо пропорциональна коэффициенту интенсивности напряжении растущей коррозионной трещины. Дальнейшее распространение подходов линейной механики разрушения па более широкий круг высокопрочных материалов и коррозионных сред выявило более сложный характер зависимости viK). Типичная кинетическая диаграмл1а коррозионного растрескивания в координатах gv-K представлена на рис. 42.3. На участках I и III скорость роста трещины увеличивается с повышением X, а в пределах участка II, охватывающего значительный диапазон значений К, наблюдается стабилизация скорости. Существуют различные суждения о причинах четко выраженных участков диаграммы коррозионного растрескивания. Их связывают с влиянием в пределах каждого участка доминирующего механизма воздействия среды. Второй горизонтальный участок часто связывают с релаксацией напряжений в вершине трещины вследствии ее интенсивного ветвления. Характер зависимости v K) во многом зависит от структуры сплава и типа среды. Для высокопрочных сталей с мартенситной структурой с пределом текучести 1500 Н/мм и выше на кине- [c.341]

Если задержка водородного охрупчивания связана не с переносом водорода в зону предразруше-Н1Ш, а с его проникновением в металл сквозь барьерную окисную пленку, образовавшуюся в результате взаимодействия металла со средой, то кинетика коррозионного роста трещины будет определяться условиями их образования и разрушения. Это в первую очередь касается циклического нагружения, когда от уровня коэффициента интенсивности напряжений и частоты нагружения будет зависеть плотность защитных пленок, препятствующих проникновению водорода в металл. [c.345]

Далее исходя из уравнения (4.28) необходимо отметить. В условиях тестового испытания образца из исследуемого материала при одноосном циклическом растяжении при напряжении (ао) может быть получено кинетическое описание роста трещины, а любое изменение условий внешнего воздействия на образец по отношению к тестовым условиям за счет изменения параметров цикла Х может быть представлено в тестовых условиях опыта кинетически эквивалентно следующим образом. Эквивалентность достигается путем перехода на больший (или меньший) уровень максимального напряжения цикла, когда кинетика роста трещины в тестовом опыте и кинетика роста трещины в измененных условиях по величине параметра Xi и уровню измененного напряжения эквивалентны. Таким образом [c.200]

Особый интерес представляет оценка параметров кинетики усталостных трещин на масштабном микроскопическом уровне. Применительно к длинным усталостным трещинам первоначальное ускорение роста трещины таково, что оно в полной мере описывается вторым уравнением синергетики, когда скорость роста трещины пропорциональна КИН в четвертой степени тПр = 4. На это указывают результаты экспериментов, в которых предпринималась попытка выявить граничную (пороговую) скорость роста трещины 612 [125] (рис. 4.12). Величина на указанном рисунке введена нами, поскольку она более точно отражает результаты эксперимента и определяет границу рассматриваемого перехода. Основываясь на представлении о симметрии кинети- [c.224]

В связи с этим обобщили экспериментальные данные, полученные за период с 1965 по 1990 гг., по кинетике усталостных трещин применительно к различным материалам для разных условий внешнего воздействия, представленных в приложении к главе 5. В ряде случаев исследователи не определяли вида поправочных функций F(Xi) и даже не оценивали значения показателя степени в кинетическом уравнении, а лишь демонстрировали сами кинетические кривые. Вместе с тем результаты эксперимента, их графическое представление показали эквидистантный характер расположения относительно друг друга кинетических кривых при изменении величины или уровня исследовавшегося параметра воздействия. Поэтому сведения (табл. 5.5) следует рассматривать как безразмерные характеристики роли параметров внешнего воздействия в кинетике усталостных трещин, которые, по крайней мере, могут быть использованы на практике для приближенных оценок скорости роста трещины или корректировки результатов ее моделирования в случае анализа эксплуатационных разрушений. [c.254]

Последовательное снижение минимального напряжения цикла связано с переходом через ноль. Сравнение процесса формирования усталостных бороздок в случае сохранения постоянного максимального напряжения цикла при чередовании пульсирующих циклов и циклов с отрицательной асимметрией позволяет проследить роль сжимающей части цикла нагружения в кинетике трещин [6]. Испытания прямоугольных образцов толщиной 10 мм с центральным отверстием из алюминиевых сплавов Д16Т и В95 путем растяжения с чередованием циклов отрицательной асимметрии и пульсирующих циклов при сохранении неизменным максимального напряжения цикла показали, что шаг усталостных бороздок при переходе к отрицательной асимметрии цикла возрастает и мало отличается для обоих сплавов (рис. 6.5). С увеличением асимметрии цикла наблюдалось возрастание различий соседних шагов усталостных бороздок для пульсирующего и асимметричного цикла независимо от уровня максимального напряжения цикла (табл. 6.1). В направлении распространения трещины происходило снижение расхождений между шагом усталостных бороздок для разной асимметрии цикла при разном уровне минимального напряжения так же, как при возрастании шага бороздок, что нашло свое отражение в полученных поверхностях поправочных функций на отрицательную асимметрию цикла нагружения (рис. 6.6). Наиболее заметным влияние отрицательной асимметрии цикла было получено для сплава В95. При возрастании КИН имеет место снижение влияния отрицательной асимметрии цикла нагружения на скорость роста трещины, характеризуемую шагом усталостных бороздок, в пределах 10 %. Это означает, что в направлении роста трещины при разном уровне асимметрии цикла нагружения необходимо иметь не только поправку на асимметрию цикла, но и на возрастающую величину КИН. [c.291]

Коэффициенты уравнения (6.7) и число членов этого уравнения и есть предмет исследования роли асимметрии цикла в кинетике усталостных трещин с учетом трех областей отрицательной асимметрии цикла, положительной асимметрии цикла до пороговой величины Ri и при более высокой асимметрии цикла [37]. Пороговая величина положительной асимметрии цикла лежит в интервале 0,7 алюминиевому сплаву 7475-Т761 использована величина Ri = 0,7 [38]. Применительно к области Ri > 0,7 величина поправочной функции определяется как F R > R ) = (i - R). Достижение уровня асимметрии цикла было связано с изменением в условиях роста усталостной трещины, когда выход на вторую стадию роста трещины становится невозможным. [c.301]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...