Усталость, механизм разрушения

Усталость, механизм разрушения 251 [c.436]

В условиях малоцикловой усталости механизм разрушения несколько отличается от усталостного разрушения для больших долговечностей разрушения при малых циклах нагрузки сходны с разрушениями статического разрушения и отличаются от типичных усталостных разрушений. Было найдено, что для долговечностей менее 5000 циклов сопротивление переменной деформации хорошо соответствует пластичности металла, характеризуемой удлинением при испытаниях на статическое растяжение. Эта закономерность применима для меди и других пластичных металлов. У меди в области малоцикловой усталости трещины зарождаются по границам зерен наличие включений усиливает тенденцию к межзеренному зарождению трещин. [c.15]

Переменные напряжения совсем не вызывают усиления общей коррозии. Ускоренное разрушение деталей происходит в результате появления сетки микроскопических трещин, переходящих в крупную трещину коррозионной усталости, механизм зарождения и развития которой сходен с таковым при коррозионном растрескивании, но приходится только на периоды растягивающих напряжений (рис. 236). Трещины коррозионной усталости могут быть как транскристаллитного, так и межкристаллитного типа. [c.337]

Накопленный опыт эксплуатации конструкций различного назначения показывает, что, как правило, их преждевременные повреждения, связанные с запуском тех или иных механизмов разрушения материала, происходят при совокупном действии нескольких конструктивных, технологических и(или) эксплуатационных факторов. Каждый фактор в отдельности в большинстве случаев может не приводить к провоцированию какого-либо механизма разрушения. Например, мы можем защитить конструкцию в отдельности от усталостного разрушения, учитывая факторы, провоцирующие этот механизм, и обеспечить ее длительную прочность, используя пластичный материал с большим сопротивлением ползучести, но в то же время нет гарантии, что рассматриваемая конструкция не разрушится по механизму, именуемому в литературе взаимодействием ползучести и усталости . [c.4]

Рассмотренные закономерности роста трещин в двух сечениях одного и того же элемента конструкции — основной стойке шасси самолета Ан-24 свидетельствуют о том, что длительность накопления усталостных повреждений и продолжительность роста трещин могут существенно различаться для разных сечений детали из-за различия в реализуемых механизмах разрушения области мало- или многоцикловой усталости. Сопоставление данных о росте трещин в эксплуатации и на стенде по программам, имитирующим эксплуатационное нагружение детали блоками нагрузок по схеме уборка-выпуск шасси, указывают на правомерность использования параметров рельефа излома в виде шага усталостных бороздок для оценки длительности роста трещин в количестве посадок ВС из условия одна бороздка — одна посадка. [c.783]

Подход, принятый в этом обзоре, состоит в том, чтобы обсудить механизмы разрушения с точки зрения классической последовательности усталостных явлений упрочнения — разупрочнения, зарождения трещин и роста трещин. Преимущество данного подхода в том, что при его помощи внимание сосредоточивается на полезном сопоставлении поведения композитов с металлической матрицей и металлов при разрушении. Несмотря на то что неизбежны некоторые повторения, вопрос о поверхностях раздела и их роли в сопротивлении композитов усталостному разрушению вследствие своего уникального значения для композитов анализируется отдельно. В общих чертах изложены некоторые результаты воздействия окружающей среды, дана модель усталостного разрушения, сделан обзор критериев проектирования композитов для работы в условиях усталости и поставлены задачи для дальнейших исследований. [c.395]

При контактных давлениях, превышающих предел текучести исследуемого материала, периодический характер накопления пластической деформации, связанный с упрочнением и разрушением поверхностного слоя, -сохраняется в широком диапазоне условий трения. Начальная стадия процесса изнашивания связана с образованием микротрещин. По мере роста числа воздействий инден-тора число микротрещин увеличивается, в результате чего отделяются частицы износа. Микротрещины образуются тем быстрее, чем больше контактное давление. Таким образом, установлена общность механизма разрушения при трении в условиях пластического контакта и при объемной малоцикловой усталости. [c.8]

Все главы книги посвящены анализу неупругих свойств в задачах деформирования и разрущения композитов. Последовательно рассмотрены общие вопросы построения композитов, природа их прочности и пластичности, механизм разрушения и усталости материалов с разной укладкой арматуры дан анализ разрушения слоистых композитов в условиях одноосного и двухосного нагружений с обзором критериев предельных состояний для анизотропных материалов осуществлен учет вязкоупругости в задачах деформирования и разрущения очерчены области применения линейной механики разрушения для композитов наконец, рассмотрены напряжения, возникающие вблизи волокон в процессе отверждения полимерной матрицы. [c.5]

Кинетика накопления повреждаемости и механизм разрушения определяются прежде всего уровнем амплитуды нагружения, в зависимости от которого на кривой усталости можно выделить следующие четыре области [71] (рис. 14) [c.33]

Приведенные результаты показывают, что в области многоцикловой усталости методы рентгеновского анализа не раскрывают так четко и однозначно механизм разрушения металлов и сплавов, как это имеет место при малоцикловой усталости. Характер зависимости ширины дифракционных линий от числа циклов нагружения определяется большим количеством факторов, что препятствует выявлению между этими двумя параметрами однозначной связи. [c.37]

Проведение эксперимента. Анализ литературных данных свидетельствует о том, что процесс разрушения металлов и сплавов при объемном циклическом деформировании характеризуется однозначными закономерностями структурных изменений только в области малоцикловой усталости. На этом основании область контактных давлений, превышающих предел текучести материала, была выбрана для анализа закономерностей структурных изменений при трении. Малоцикловая усталость (область пластического контакта) реализуется преимущественно при сухом трении скольжения при больших контактных давлениях и температурах выше 100 °С. В этих условиях работают муфты, тормозные устройства, опорно-поворотные круги экскаваторов [20, 22, 51, 93]. Наиболее распространенным материалом в такого рода узлах являются стали и металлокерамики на железной основе. Выбор материала для исследования (сталь 45) обусловлен не только его практической применимостью в узлах трения, но и изученностью с точки зрения развития разрушения при объемном циклическом деформировании, что является необходимым условием для сопоставления механизма разрушения при объемной и фрикционной усталости. [c.38]

Проверка значимости отличия экспериментально полученного показателя степени 0,38 в уравнении (3.4) от 0,5 в уравнении (3.3) показала, что с доверительной вероятностью 90% это отличие не является систематическим, а вызвано действием случайных факторов. Таким образом, можно считать, что показатель степени 0,5 является единым как в уравнении объемной, так и в уравнении фрикционной усталости. Обш,ность аналитических зависимостей, описываюш,их разрушение поверхностного слоя стали 45 при трении и при малоцикловой усталости, подтверждает обш ность механизма разрушения при фрикционной и объемной усталости [121]. [c.70]

Определение параметра фрикционной усталости t является важной задачей при количественной интерпретации усталостного механизма разрушения. Способы его прямой и косвенной оценки кратко рассматривались ранее. Результаты, приведенные выше, свидетельствуют о том, что метод количественного анализа структурных изменений может быть предложен в качестве нового прямого метода определения параметра t. Достоинство этого метода заключается в том, что структурные изменения являются комплексной характеристикой, отражающей воздействие на материал как условий трения, так и влияние окружающей среды. Полученные значения t показывают, что процесс трения осуществлялся в области пластического контакта, где его величина чаще всего равна 2—3. При испытании на модели фрикционного контакта для стали 45 другим методом получено приближенное значение f = 1,3 1511. [c.73]

Основываясь па общности механизма разрушения при объемной и фрикционной малоцикловой усталости, а также на единстве уравнений, описывающих этот процесс при обоих видах нагру- [c.75]

Показатель степени 0,5 при N является постоянной величиной для металлов и сплавов в области объемной малоцикловой усталости [49, 118], при фрикционной малоцикловой усталости он также меняется очень мало (обычно 0,3—0,5) [51]. Экспериментально полученный в (3.12) показатель степени при N, равный 0,5, подтверждает общность механизма разрушения металлов и сплавов [c.79]

Исследования [160] также показали, что для отделения частиц износа необходимо многократное воздействие. Кроме того, была выявлена ячеистая структура поверхности трения, аналогичная структуре, развивающейся в поверхностных слоях металлов при объемной усталости [83], что дает основание предполагать общность механизма разрушения при фрикционной и объемной усталости с позиций развития тонкой дислокационной структуры. Таким образом, образование частиц износа в условиях трения, наиболее широко представленных на практике, можно объяснить усталостными лроцессами на фрикционном контакте. [c.103]

Необходимость многократного воздействия для зарождения и развития трещины с последующим отделением материала следует и из механизмов образования частиц изнашивания, рассматриваемых в [148]. Еще более веским доказательством протекания усталостных процессов на контакте в смысле многократности воздействия является привлечение к рассмотрению изменений материала, обусловленных предварительной механической обработкой поверхности и вносимых в нижележащие слои процессами, протекающими непосредственно в активном слое [53]. Выявление ячеистой дислокационной структуры в поверхностных слоях при трении, аналогичной той, которая имеет место при объемной усталости [160],— другой аспект проблемы, позволяющий предполагать общность механизма разрушения при фрикционной и объемной усталости. [c.105]

После опубликования работ Пэриса, в которых впервые были использованы подходы линейной механики разрушения к описанию закономерностей роста трещины усталости, накоплен большой экспериментальный материал, дающий в настоящее время возможность более ясно представить общие закономерности развития трещины, действующие механизмы разрушения и характер зависимости скорости распространения усталостной трещины от параметра механики разрушения (амплитуды коэффициента интенсивности напряжений Ь.К) при низких и высоких скоростях роста. [c.250]

Во многих случаях коррозионная усталость не связана избирательно с каким-то одним механизмом разрушения, а есть следствие одновременного проявления нескольких механизмов, поэтому кривые часто отличаются от кривых, приведенных на рис. 49. [c.98]

Исследования накопления повреждений и разрушений при термической усталости в основном проводили с чистыми металлами [6]. Испытаниями на цинке было установлено, что в интервале температур от комнатной до —183° С сначала образуются транскристаллитные трещины в полосах скольжения, обычно у крутых изгибов границы и в месте стыка трех зерен. Затем трещины появляются у границ субзерен и двойников. С точки зрения дислокационного-сдвигового механизма разрушение в этом случае можно объяснить скоплением дислокаций у препятствий (в частности, у границ) вследствие искривления плоскостей скольжения и возникновения напряжений, нормальных к плоскости скольжения. При больших напряжениях может произойти разрыв по базисным плоскостям. Появление трещин термоусталости у субграниц зерен рассматривалось как результат пересечения линий скольжения малоугловой границы из-за смещения части дислокационной стенки вдоль линии скольжения. Итак, в этом случае предполагается действие дислокационного механизма при термической усталости, обусловливающего сходство с разрушением при усталости. [c.114]

В комбинированных испытаниях также достаточно четко прослеживается связь между изменениями в структуре материала и механизмом разрушения. При деформационном старении для распространения термоусталостной трещины создаются препятствия, скопления дислокаций хорошо закрепляются мелкодисперсными выделениями карбидов в зерне. Большое влияние на механизм развития термической усталости аустенитной стали оказывают диффузионные процессы, не характерные для малоцикловой усталости. [c.120]

Разрушение медных сплавов с эффектом памяти формы. Наиболее важными проблемами, затрудняющими практическое применение медных сплавов, помимо описанной в предыдущем разделе усталости, являются проблемы пластичности и разрушения. Ниже авторы рассматривают последние исследования по проблеме разрушения и на основе результатов этих исследований описывают различия механизмов разрушения некоторых сплавов с эффектом памяти формы [64]. [c.119]

Инженер-конструктор создает продукцию двух видов проект деталей и узлов, представленный чертежами и описательными ведомостями, и прогнозную оценку (расчет) их надежности и работоспособности. Именно второй вид продукции требует самых больших усилий и наиболее активного сотрудничества с разработчиками материалов. Предметом рассмотрения в данном случае является такой аспект работоспособности деталей, как рабочая долговечность. Чтобы предсказать ее, инженер должен определить напряжения, температуру, химический состав рабочей среды и характеристики поведения материала. Для этого он может воспользоваться собственными расчетами, проведением испытаний или консультацией специалистов. Чтобы описать поведение, можно использовать характеристики как связанные, так и не связанные с разрушением. К последней группе характеристик относятся такие свойства, как модули нормальной упругости и сдвига, коэффициент Пуассона, коэффициент линейного расширения, теплопроводность, излучательная способность, плотность. Они нужны для расчета напряжений, деформаций и температур. В числе связанных с разрушением рассматривают коррозионные свойства, характеристики ползучести и длительной прочности, диаграммы много- и малоцикловой усталости, характеристики вязкости разрушения, текучести и предела прочности. Совместное рассмотрение всех этих характеристик приводит к выводу, что механизмы разрушения (в их зависимости от температуры и числа циклов нагружения) представляют наибольший интерес для конструкторов камеры сгорания, а также рабочих и направляющих лопаток. [c.63]

При более высоких скоростях распространения трещины при переходе в область малоцикловой усталости, когда механизм разрушения определяется исходным запасом пластичности и прочности материала, лучшую циклическую трещиностойкость имеет металл шва. Об этом свидетельствуют также результаты испытаний на статическую трещиностойкость (см. рис. 3.3-3.5), из которых следует, что металл ЗТВ имеет более низкие значения Jj.. Основной металл во всем диапазоне исследованных скоростей роста трещины обладает более высокой сопротивляемостью усталостному разрушению, чем металл шва и ЗТВ. По мере выхода траектории трещины из области [c.88]

Имеется весьма ограниченное число данных о механизмах разрушения композиционных материалов с тугоплавкими волокнами в результате окисления, усталости и эрозии. Имеющиеся сведения указывают на целесообразность проведения дальнейших исследований с целью разработки рассматриваемых композиционных систем. Отмечена необходимость в осуществлении защиты материала от окисления при температурах 1090° С и выше. [c.274]

Описанные характеристики сопротивления металлов усталости относятся к случаю относительно большого числа циклов нагружения и малых уровней напряжений по сравнению со значением предела прочности. Охват всего диапазона возможных значений действующих напряжений требует дополнительной экспериментальной информации, а необходимость решения этой задачи обусловлена тем, что в случайных процессах нагружения (которые рассматриваются в данной работе) не исключается появление редких, но больших значений напряжений, превышающих предел текучести и предел прочности материала конструкции. Для учета этого обстоятельства заметим, что уравнение кривой усталости (1.2) при напряжениях, превышающих предел прочности, теряет смысл, а при напряжениях, превышающих предел текучести, требует уточнения, так как в этом случае изменяется сам механизм разрушения из области многоцикловой усталости он переходит в область малоцикловой усталости. [c.13]

Ввиду недостаточной изученности механизма разрушения реальных материалов и отсутствия надежных расчетных способов предсказания характеристик прочности и долговечности при переменных нагрузках особое значение при изучении усталости приобрели экспериментальные методы исследования элементов машин и конструкций, в частности метод моделирования процессов циклического нагружения. [c.217]

Другая модель изнашивания дискретного контакта, включающая также механизм разрушения элементарных контактов за счёт накопления усталости в подповерхностных слоях взаимо-действуюш их тел, сформулирована и исследована в [И]. [c.440]

ВЫСОКИХ температур наблюдается перелом на кривых усталости, свидетельствующий об изменении механизма разрушения и переходе от внутрикристаллического разрушения к внутризеренному. [c.46]

Несмотря иа большую важность для техники явления коррозионной усталости, механизм разрушения металла при одновременном воздействии нагружений и коррозии изучен еще недостаточно. Пи одна из существующих схем механизма коррозионной усталости не может объяснить всех явлений, имеющих место прп циклическом нагружении стали в коррозионной среде. Пе объясняется, напри.мер, такой хорошо известный фа1 т, что анодный ток, тгодведепный к циклически нагруженной детали в коррозионной среде, увеличивая в десятки раз общую коррозию детали, не меняет условного предела усталости не находит об яспешш тгзбирательная ориентированность микротрещин усталости и т. п. [c.108]

Итак, предельное состояние материала с jxTa-лостной трещиной в случае интенсивного коррозионного воздействия подобно по КИН ситуации при обычном процессе усталости и равенстве размеров зон пластической деформации, если доминирующий механизм разрушения материала в вершине трещины остается неизменным. Тем самым подразумевается существование характеристики материала в виде эквивалентного предела текучести материала. Уменьшение работы пластической деформации за счет деструкции материала перед вершиной трещины может быть рассмотрено через снижение предела текучести материала. Это означает, что нестабильное разрушение с меньшими затратами энергии как бы обусловлено уменьшением размера зоны пластической деформации. [c.115]

Важно подчеркнуть, что пороговая величина скорости роста усталостной трещины получена равной Vis 2,5-10 м/цикл, что близко к статистически среднему размеру ячейки дислокационной структуры на границе перехода в процессе пластической деформации от мезоуровня I к мезо-уровню II (см. главу 3). Указанные данные по монотонному растяжению образцов подтверждаются результатами экспериментальных исследований сталей в области малоцикловой усталости при постоянном уровне пластической деформации [61]. В испытанных образцах исследовали дислокационную структуру, оказалось, что фрагментированная дислокационная структура представляет собой ячейки и стенки дислокаций. Выполненный статистический анализ размеров фрагментов показал, что при всех уровнях циклической пластической деформации размер ячейки (1,5-2,0) 10 м встречается наиболее часто (см. рис. 3.13). Важно подчеркнуть, что с возрастанием длительности нагружения до разрушения относительная частота формирования ячеек или стенок с указанным размером также возрастает. Это дает основание полагать, что прирост усталостной трещины в пределах указанного размера контролируется одним механизмом разрушения, а далее происходит усложнение механизма разрушения, что должно иметь отражение в кинетическом процессе и описывающих этот процесс кинетических уравнениях. [c.193]

Важен и еще один факт, который связан именно с коррозионным растрескиванием детали. Слияние коррозионных трещин могло быть результатом потери тягой устойчивости. Они уже были в детали и слились между собой в момент потери устойчивости. Но после этого, в результате воз-никщей концентрации напряжений, должна была иметь место смена механизмов разрушения от коррозионного растрескивания и усталости металла. В этом случае должен иметь место инкубационный период, который в случае высокой концентрации нагрузки и высокого уровня напряжений соответствует области малоцикловой усталости, когда больщая часть долговечности соответствует периоду роста трещины. В рассматриваемом случае из условий нагружения соотношение долговечности и периода роста трещины 1100/1700(100) = 60 %. Такое соотношение вполне соответствует высокому уровню нагружения детали и выявленному шагу усталостных бороздок от 0,5 до 7 мкм. [c.745]

Механизм разрушения металлов и сплавов в условиях циклической пластической деформации (область малоцикловой усталости) был раскрыт при сочетании изучения механики материала и его структурных изменений [87, 88J. Результаты исследования на алюминии, техническом железе и меди показали, что циклическая пластическая деформация представляет собой трехстадийный процесс, в котором каждая из стадий характеризуется присущими ей особенностями и структурными изменениями. Последовательные стадии циклического деформирования схематически отображены на рис. 15. Выбор осей координат обусловлен тем, что для целого ряда металлов справедливо следующее соотношение [87] [c.34]

Приведенный размер ячеек, соответствуюш ий области малоцикловой усталости для железа, близок к тому размеру, который зафиксирован в [160] для трения скольжения стали при возвратнопоступательном движении. Таким образом, имеются общие черты, характеризующие разрушение при объемном и поверхностном нагружении многократное циклическое воздействие, формирование ячеистой дислокационной структуры и близость размеров ячеек. Все это дает основание предполагать общность механизма разрушения и рассматривать образование частид износа [160] как усталостный процесс. Кроме того, выявляется возможность по размеру ячеек судить о действительных напряжениях, которым подвергается материал в местах фактического контакта при трении. [c.102]

Ю " —10 мы/цикл (для стали). Достижение величины АКа определяет резкое изменение ускорения роста трещины вследствие возрастания интенсивности деформации в пластической зоне у вершины трещины [61. Это значение соответствует началу смены доминирующего механизма разрушения на другой конкурирующий механизм или изменение долей конкурирующих механизмов, чему соответствует иногда изменение параметров микрорельефа действующего механизма разрушения. Значение АКа лежит на участке Пэриса диаграммы, разделяя тем самым область II на две ПА, соответствующую сравнительно медленному подрастанию трещины (с небольшим ускорением), и ИВ, соответствующую ускоренному развитию трещины, с резко возросшим ускорением (рис. 3). Во многих случаях в расчеты на долговечность работы материала с трещиной следует брать не величину циклической вязкости разрушения Kf , характеризующую катастрофическую ситуацию, а критерий Ка, обеспечивающий определенный запас долговечности, что предотвращает ускоренный опасный рост трещины. Использование критерия Ка при проектировании элементов конструкции полностью отвечает принципу безопасной повреждаемости, новому принципу конструирования [7]. Как отмечает С. И. Кишкина, согласно этому принципу допущение трещины определенной длины уменьшает коэффициент запаса при конструировании, повышая весовую эффективность конструкции, однако возникновение трещины усталости не должно приводить к аварийной ситуации. [c.254]

Механизм разрушения от переменных нагрузок был раскрыт лишь в начале текущего столетия. Многочисленные исследования показали, что при действии переменных напряжений в металле возникает трещина, постепенно проникаюш,ая в глубь изделия. При переменных деформациях края трещины то сближаются и нажимают друг на друга, то расходятся этим объясняется наличие гладкой, притертой зоны излома. По мере развития трещины усталости поперечное сечение ослабляется все сильнее, и наконец, при случайном толчке или ударе наступает окончательное разрушение, когда сопротивление оставшейся части сечения оказывается недостаточным. [c.535]

РЭМ успешно применяют для изучения послойной структуры окислов вплоть до границы раздела металл — окисел, изменений поверхности в результате износа, кавитации, эрозии, контактной усталости, схватывания и други.х внешних воздействий. Установлению механизма разрушения в каждом отдельном случае способствует исследование продуктов износа, также возможное с помощью РЭМ. Широкие воз- ыожности имеет РЭМ для исследования порошков и композиционных материалов на разных стадиях их изготовления. Кроме обычных статических наблюдений, РЭМ может быть успешно применен для проведения динамических экспериментов in situ, когда непосредственно в [c.71]

Основной механизм разрушения и закономерности одинаковы при динамич. и статич. У. м., однако при динамич. испытаниях на 0СН0В1ЮЙ процесс разрушения накладываются др. сиецифич. процессы расшатывание структуры (ноликристал-лич. материалы), существенный разогрев материала в местах перенапряжений (пластмассы, резины), механо-химич. процессы, явления релаксации и последействия (резины), адсорбционное последействие (если разрушение происходит в поверхностно-активной среде) и т. д. Чтобы оттенить сложность динамич. усталости резин по сравнению с их статич. усталостью, процессы, протекающие при их многократных деформациях, принято называть утомлением. [c.388]

I4l. Взаимодействие поверхностей трения уже случайно их микрогеометрия (шероховатость) может быть описана только при помощи функций распределения участков поверхности по высоте опорными кривыми [6]. Так как выступы на поверхностях имеют различную высоту и форму (не говоря уже о возможной неоднородности свойств материала), то и величина напряжений и деформаций, возникающих при их взаимодействии, также будет характеризоваться определенным спектром [17]. Сам процесс усталостного разрушения вследствие его природы также случаен [32]. В процессе износа, протекающего по усталостному механизму, возникает фрикционно-контактная усталость материалов. То, что в поверхностном слое в период разрушения наблюдаются физические, физико-химические, механо-химические и химические процессы (окисление, деструкция, фазовые переходы и т. п.), не противоречит представлениям об усталостной природе износа, а, наоборот, подтверждает их, так как аналогичные процессы происходят и при динамической усталости материалов (в обычном понимании этого явления). Современная флуктуационная теория прочности твердых тел 7] рассматривает в единстве влияние термических и механических факторов на вероятность флуктуации, приводящей к разрушению материала. Применительно к износу данный термоактивационный механизм разрушения подтверждается последними исследованиями 129]. Усталостная теория износа не исключает возможности разрушения в результате одного акта взаимодействия выступов шероховатых поверхностей трения, когда возникающие деформации или напряжения велики и достаточны, чтобы сразу наступило разрушение. При этом наблюдается абразивный износ (микрорезание) или износ в результате когезионного отрыва (схватывание). Но и в этих случаях характер взаимодействия и разрушения поверхностей случаен. Условия работы пары трения всегда характеризуются определенным спектром нагрузок, скоростей и подобных параметров, что также оказывает влияние на износ [17]. [c.6]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...