Процессы механического разрушения металлических материалов

В настоящей книге излагается предложенный авторами второй путь — физико-механическое моделирование процессов разрушения металлических материалов (правая часть схемы на рис. В.1), который наиболее продуктивно может применяться для анализа прочности и ресурса конструкций, работающих в сложных термосиловых условиях нагружения. Физико-механическое моделирование процессов разрушения материалов и элементов конструкций основывается на системном подходе к проблемам механики сплошной деформируемой среды, механики разрушения и физики прочности твердого тела. Данный подход позволил рассмотреть в органическом единстве задачи [c.9]

Статьи, заключенные в данный сборник, содержат результаты исследований, выполненных за последние годы в области изучения микроструктурных особенностей деформационных процессов и разрушения в поликристаллических металлических материалах (в том числе композиционных) в условиях теплового и механического воздействия. При проведении исследований использованы методы качественной и количественной тепловой микроскопии в сочетании с другими физическими методами. В ряде работ содержатся сведения о методиках и аппаратуре, применяемых для получения прямых экспериментальных данных об изменениях микростроения и уровня механических свойств изучаемых материалов. Значительное внимание в сборнике уделено изучению микроструктурных особенностей развития пластической деформации сталей и сплавов, биметаллических композиций и сварных соединений при тепловом воздействии в условиях статического и циклического нагружения. [c.4]

В монографии представлены результаты исследования механического поведения конструкционных материалов под действием импульсных нагрузок ударного и взрывного характера. Рассмотрена связь процессов нагружения и деформирования материала при одноосном напряженном состоянии. Описаны оригинальные методики и средства квазистатических испытаний на растяжение со скоростями до 950 м/с. Приведены результаты испытаний ряда металлических материалов и реологическая модель их механического поведения учитывающая влияние на сопротивление скорости деформации. Исследовано упруго-пластическое деформирование и разрушение материала в плоских волнах нагрузки. Описаны новые методики и изложены результаты экспериментальных исследований зависимости характеристик ударной сжимаемости н сопротивления пластическому сдвигу за фронтом плоской волны от ее интенсивности, связи силовых и временных характеристик откольной прочности. [c.2]

Исследования в области механики контактных взаимодействий, химических и диссипативных процессов в поверхностных и приповерхностных слоях трущихся материалов показывают, что материал в указанных зонах в процессе трения резко изменяет свое физическое состояние, меняя механизм контактного взаимодействия. Происходят существенные изменения в суб- и микроструктуре приповерхностных микрообъемов. Изучение кинетики структурных, фазовых и диффузионных превращений, прочностных и деформационных свойств активных микрообъемов поверхности, элементарных актов деформации и разрушения, поиск численных критериев оптимального структурного состояния, оценок качества поверхности должны быть фундаментальной основой в поисках материалов и сред износостойких сопряжений. В настоящее время исследованы закономерности распределения пластической деформации по глубине поверхностных слоев металлических материалов, кинетика формирования вторичной структуры, процессы упрочнения, разупрочнения, рекристаллизации, фазовые переходы, которые, в свою очередь, зависят от внешних механических воздействий, состава, свойств трущихся материалов и окружающей среды. Важное значение в физике поверхностной прочности имеет определение связи интенсивности поверхностного разрушения при трении и величины развивающейся пластической деформации. Сложность указанной проблемы заключается в двойственности природы носителей пластической деформации. Дислокации, дисклинации и другие дефекты структуры являются концентраторами напряжений, очагами микроразрушения. В то же время движение дефектов (релаксационная микропластичность) приводит к снижению уровня напряжений концентратора, следовательно, замедляет процесс разрушения. Условия деформации при трении поверхностных слоев будут определять преобладание одного из указанных механизмов, от которого будет зависеть интенсивность поверхностного разрушения. Межатомный масштаб связан с характерным сдвигом, производимым элементарными носителями пластической деформации (дислокациями). В легированных металлических системах величина межатомного расстоя- [c.195]

Явления повреждения и разрушения обнаруживают четкую вероятностную природу, начиная с атомно-молекулярного уровня и кончая уровнем машины, конструкции или сооружения, поэтому результаты испытаний на долговечность имеют значительный статистический разброс. Так, циклическая долговечность при испытаниях на усталость может изменяться при одной и той же амплитуде напряжений на порядок и даже более. К числу факторов, влияющих на разброс механических свойств, относятся различные дефекты (например, трещины, включения и пустоты), а также несовершенство или неустойчивость технологического процесса и контроля качества. Механические свойства конструкционных металлических материалов неодинаковы для различных плавок, и тем более для продукции различных заводов и поставщиков, поэтому при прогнозировании ресурса на стадии проектирования необходимо учитывать и эту составляющую разброса механических свойств. [c.76]

Холодная сварка — сварка, при которой соединение образуется при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых поверхностей. Физическая сущность процесса заключается в сближении за счет пластической деформации свариваемых поверхностей до образования металлических связей между ними и получения таким образом прочного сварного соединения. Отличительной особенностью холодной сварки является необходимость значительной объемной пластической деформации и малой, степени ее локализации в зоне контакта соединяемых материалов. Это связано с необходимостью разрушения и удаления окисных пленок из зоны контакта механическим путем, т. е. за счет интенсивной совместной деформации. Большое усилие сжатия обеспечивает разрыв окисных пленок, их дробление и образование чистых поверхностей, способных к схватыванию. [c.115]

В первом томе собраны сведения о физико-химических процессах, протекающих на поверхности раздела в металлических композиционных материалах. Рассмотрено механическое поведение, роль поверхности раздела в процессах разрушения и ее влияние на основные механические свойства. [c.295]

Простота переработки и разнообразие свойств АП в сочетании с различными технологическими процессами изготовления деталей из них предоставляют конструкторам широкие возможности в сравнении с металлами. Хотя АП, как правило, менее жесткие, детали и узлы из них можно легко спроектировать так, что они по своим функциональным качествам не будут уступать штампованным из листовой стали. Ими можно заменить отливки, поковки и прессованные металлические профили. При этом снижается масса, повышается коррозионная стойкость, а зачастую также ударопрочность и выносливость. Эти свойства крайне важны для капотов и крыльев грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности, при изготовлении которых традиционную листовую сталь уже успешно заменили полиэфирной смолой, армированной стекловолокном. Так как эти синтетические материалы показали высокие эксплуатационные качества и были одобрены потребителем, теперь из них заказывают крыши, нижние боковины и двери кабин и даже целые кабины для большегрузных автомобилей. Сравнительная характеристика основных механических свойств АП и металлов приведена в табл. 26.3, по данным фирмы Форд мотор . Показатели усталости весьма общие из-за недостаточного объема испытаний, множества составов АП, различия методов испытаний и критериев оценки усталостного разрушения. [c.488]

Значительную опасность для металлических конструкций представляет атомарный водород, который образуется при коррозионных реакциях на границе раздела среда-металл. Водород растворяется в металле, что способствует развитию так называемой водородной хрупкости. Особенно ускоряется процесс разрушения тела при одновременном воздействии агрессивной среды и механических напряжений, если в нем имеются трещины типа пустот. Пустоты заполняются средой, на контуре которых из-за концентрации напряжений происходит интенсификация процессов взаимодействия среды с деформируемым материалом (коррозия под напряжением). [c.33]

Так, значительные механические перемещения жидкости, возникающие при развитии и захлопывании кавитационных полостей, способны разрушать неметаллические и вызывать пластические деформации металлических объектов, помещенных вблизи зоны разряда, а, например, мощное инфра- и ультразвуковое излучение, сопровождающее ЭГЭ, способно не только диспергировать далее уже измельченные материалы, но и вызывать резонансное разрушение крупных объектов на составляющие их отдельные кристаллические частицы, осуществлять интенсивные химические процессы синтеза, полимеризации, обрыва сорбционных и химических связей и многое другое. [c.250]

Учебное пособие написано в рамках чтения лекций в МГТУ им. Н.Э. Баумана по курсу Конструкционная прочность машиностроительных материалов на факультете Машиностроительные технологии (кафедра Материаловедение ) и предназначено для студентов, обучающихся на материаловедов и машиностроителей. Среди механических свойств конструкционных металлических материалов усталостные характеристики занимают очень важное место. Известно, что долговечность и надежность машин во многом определяется их сопротивлением усталости, так как в подавляющем большинстве случаев для деталей машин основным видом нагружения являются динамические, повторные и знакопеременные на1 рузки, а основной вид разрушения - усталостный. В последние годы на стыке материаловедения, физики и механики разрушения сделаны большие успехи в области изучения физической природы и микромеханизмов зарождения усталостных трещин, а также закономерностей их распространения. Сложность оценки циклической прочности конструкционных материалов связана с тем, что на усталостное разрушение оказывают влияние различные факторы (структура, состояние поверхностного слоя, температура и среда испытания, частота нагружения, концентрация напряжений, асимметрия цикла, масштабный фактор и ряд других). Все это сильно затрудняет создание общей теории усталостного разрушения металлических материалов. Однако в общем случае процесс устаттости связан с постепенным накоплением и взаимодействием дефектов кри-сталтгической решетки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дискли-наций, двойников, 1 раниц блоков и зерен и т.п.) и, как следствие этого, с развитием усталостных повреждений в виде образования и распространения микро - и макроскопических трещин. Поэтому явлению усталостного разрушения присуща периодичность и стадийность процесса, характеризующаяся вполне определенными структурными и фазовыми изменениями. Такой анализ накопления струк-туршз1х повреждений позволяет отвлечься от перечисленных выше факторов. В учебном пособии кратко на современном уровне рассмотрены основные аспекты и характеристики усталостного разрушения металлических материалов. [c.4]

В процессе работы по созданию новых электрических диагностических методов обнаружен новый важный эффект при механическом разрушении металлических тел среди образующихся при этом микрочастиц имеется большое количество положительно заряженных микрочастиц. В том случае, когда разрушаемое тело обтекается газодинамическим потоком, заряженные частицы сносятся им от места разрушения и могут быть зарегистрированы зондами, установленными вне потока. Это открывает возможность бесконтактной электростатической диагностики разрушения материалов. Экспериментальное исследование и теоретические оценки по этой проблеме проведены А. Б. Ватажиным, Д. А. Голенцовым, В. А. Лихтером и В. И. Шульгиным ([29 и Глава 13.11). [c.607]

В природе все взаимосвязано. Создание и разрушение - взаимообрат-ные процессы, поэтому механизмы разрушения материалов закладываются в процессе их формирования. Это очевидно для любых механических систем. Так, разборка любого агрегата может осушествиться лишь в последовательности, обратной последовательности сборки. Исходя из этого принципа, многоуровневая структура металлических материалов предполагает мно-гоуровневость и многостадийность процессов их разрушения. [c.108]

Из приведенных выше данных об условиях эксплуатационного нагружения и разрушения конструкций следует, что большое число несущих элементов конструкций и деталей машин в процессе эксплуатации подвергается действию циклических нагрузок (механических, электромагнитных и тепловых) с числом циклов от 1 до 10 при температурах от -250°С до -Ь600°С. При этом время одного цикла нагр> жения может измеряться от секунд до тысяч часов. Применяемые кон-стр>т<ционные металлические материалы и.ме-ют пределы текучести от 150 до 1500 МПа, пределы прочности от 400 до 2000 МПа, относительное сужение от 5 до 70%. [c.77]

Требования снижения металлоемкости конструкций при одновременном повышении прочности и надежности обусловливают разработку новых конструкционных материалов, среди которых необходимо выделить композиционные материалы с металлической матрицей. Учитывая широкое использование данного класса материалов при создании конструкций транспортного и химического машиностроения, ракетно-авиационной и космической техники, исследование процессов их разрушения представляет собой важную задачу механики конструкционного материаловедения. В ряду композитов с металлической матрицей особое место занимает бороалюминий — материал на основе алюминия, упрочненного волокнами бора. Бороалюминиевый волокнистый композиционный материал (ВКМ) обладает высокими удельными показателями прочности и жесткости, высокой стабильностью механических характеристик при повышенных температурах. Благодаря уникальным свойствам данного материала, его используют в несущих конструкциях космических аппаратов и авиационной техники [1, 2]. [c.224]

Разрушение металлоконструкций всегда происходит по наиболее нагруженной зоне с максимальным уровнем действующих напряжений. Наличие в такой зоне концентратора напряжений резко усугубляет ситуацию. В окрестности концентраторов напряжений многократно ускоряются процессы ползучести и усталости металла, поэтому их своевременное выявление имеет первостепенное значение. Условиями разрушения металлической конструкции, изготовленной из конструкционной стали, является величина максимальных напряжений в зоне концентратора (КМН) и высокий градиент разности главных механических напряжений (РГМН). Из сопротивления материалов известно, что для упруговязких конструкционных сталей наиболее точным является третий критерий прочности (критерий Треска), согласно которому необходимым условием трещины является [c.127]

Предполагалось, что на поверхности каверн в процессе их образования возникают большие электрические потенциалы, которые и являются причиной свечения. Аналогичным образом Петраччи [42] предполагал, что кавитационное разрушение обусловлено электрохимической коррозией, вызываемой электрическими токами в разрушаемом материале, и в качестве подтверждения приводил факт, что кавитационное разрушение в очень агрессивной среде можно значительно ослабить с помощью катодной защиты . Он считал, что эти токи возникают вследствие механических напряжений в материале, вызываемых гидродинамическими ударами. Согласно последним исследованиям Плессета [46], такой механизм, если он вообще существует, вероятно, не играет большой роли и что действие катодной защиты, с одной стороны, подавляет коррозию, а с другой — снижает интенсивность схлопывания пузырьков благодаря демпфирующему действию свободного водорода, выделяемого на защищенной металлической поверхности. [c.419]

Влияние живой природы на увеличение скорости коррозионного процесса металлических конструкций в почвенных условиях, помимо непосредственного ускорения коррозионного процесса самого металла, связывается также со снижением устойчивости защитных покрытий подземных конструкций. Усиленное разрушение в почве защитных покрытий на органической основе, как, напрИхМер, бумажных и текстильных оберточных материалов, может вызываться жизнедеятельностью ряда гнилостных бактерий. Помимо этого, не исключено и чисто механическое разрушение защитных покрытий корнями деревьев и других, большей частью многолетних, растений. Примеры подобных разрушений защитных покрытий были описаны в литературе [9]. [c.386]

Процесс разрушения и снятие частиц с обрабатываемой заготовки осуществляется абразивными зернами, подаваемыми в виде потока суспензии в зону между торцом инструмента и обрабатываемой поверхностью детали. Выбивание частиц происходит благодаря колебаниям инструмента, не соприкасающегося с обрабатываемой деталью, но сообщающего арбазивным зернам чрезвычайно большое число направленных микроударов поэтому обработке этим способом подвергают самые твердые и хрупкие металлические и неметаллические (например, керамика, стекло, полупроводниковые материалы и др.) материалы. Скорость обработки не находится в прямой зависимости от механических свойств материала. Незначительное повышение температуры в зоне обработки не изменяет свойств материалов, не вызывает трещин или коробления от тепловых деформаций. [c.659]

Характеризуя работу, необходимую для разрушения при внезапном приложении нагрузки в условиях объемного напряженного состояния, ударная вязкость не является мерой для определения поведения металла в упругой области и, следовательно, не может быть использована в расчетах на прочность. Она является, однако, одной из важнейших характеристик в практике приемочных испытаний металлических полуфабрикатов, позволяя отбраковывать материалы с отклонениями от нормального технологического процесса, вызвавшими недопустимое укруипение структуры, выделение прослоек хрупких составляющих по границам зерен и тому подобные структурные изменения, слабо сказывающиеся па других механических характеристиках, но имеющие большое значение для надежной службы металла в машинах и механизмах. [c.88]

Механизм фреттинг-корроаии, так же как любого коррозионно-механического износа, объясняется протеканием химической и (или) электрохимической коррозии с последующим илн одновременным наложением механического фактора отличается он тем, что продукты износа не выводятся из зоны контакта. Таким образом, механический износ разрушает защитные окисные пленки на пов )хности металла, а продукты разрушения, более твердые, чем ювенильный металл, оставаясь в зоне контакта, вызывают абразивный его износ (каверны, вмятины и пр.), что, в свою очередь, интенсифицирует электрохимический процесс в результате разрушения пассивных пленок и поляризации поверхности металла. Способы борьбы с фреттинг-коррозией принципиально не отличаются от способов борьбы с коррозионно-механичеоким износом используют металлические постоянные покрытия (свинцевание, меднение, серебрение, золочение, цинкование и т. д.) неметаллические постоянные покрытия (фосфатирование, анодирование, сульфидиза-ция и т. д.), а также различные масла, пластичные смазки, удаляемые и неудаляемые пленочные покрытия. Так как одним из основных факторов коррозионно-механического износа, в частности фреттинг-коррозии, является электрохимическая коррозия, предпочтение отдается рабоче-консервационным и другим ингибированным защитным смазочным материалам. [c.117]

Металлы и сплавы по своим свойствам, составу и строению резко отличаются от неметаллических материалов и поэтому процесс коррозии металлических конструкций и сооружений из неметаллических материалов протекает по-разному. В результате коррозии металлов и сплавов, для которых характерным является их кристаллическое строение, происходит разрушение (полное или частичное) металла, образование на поверхности продуктов коррозии, изменение физико-механических свойств и, в частности, механической прочности вследствие нарущения связи по границам кристаллов в кристаллической рещетке. При коррозии бетона, цементных растворов и других силикатных строительных материалов протекают сложные физико-химические процессы, заключающиеся во взаимодействии агрессивной среды с составными частями материалов (трехкальциевым алюминатом, свободной гидроокисью кальция и др.), в результате чего образуются новые химические соединения. Это приводит к потере механической прочности материалов. [c.8]

Все это, а также отзывы по второму изданию книги, поступившие в связи с широким техническим и научным обсуждением этого учебного пособия, в которых были высказаны пожелания о введении некоторых изменений и необходимости дополнения книги новыми главами, побудило автора переделать некоторые главы книги, сократить менее ценный материал и написать новые главы. Книга дополнена следующими главами глава VI Влияние конструктивных особенностей элементов аппаратов и сооружений на коррозионный процесс глава VII Разрушение металлов при совместном действии коррозионных и механических факторов глава XV Коррозия новых конструкционных металлов и сплавов . Вместо одной главы Пластические массы , помещенной во втором издании, дано пять глав по высокополимерным материалам. Коренной переработке подверглись главы II, III и IV по кинетике процессов электрохимической коррозии и пассивности металлов и глава IX по химической коррозии. Глава XXXI по углеграфитовым и древесным материалам значительно расширена в первой части, учитывая большое значение этих материалов в химическом машиностроении, и сокращена во второй части. Сокращены также глава I, поскольку вопросы строения металлов и растворов подробно рассматриваются в различных учебниках, и глава XVI Металлические защитные покрытия и химические методы обработки , поскольку эти способы защиты в химическом машиностроении неэффективны. [c.4]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...