Роль пластической деформации в разрушении

Следующим, третьим важным этапом в учении о хрупкости явилось появление дислокационных теорий и их применение к проблеме разрушения кристаллов [35—38]. Не вдаваясь в рассмотрение дислокационных теорий разрушения, отметим, что все они принимают выдвинутые А. В. Степановым общие представления о роли пластической деформации в разрушении кристаллов. [c.10]

Зона долома имеет структуру вязкого излома "чашечного" типа. В целом при циклическом нагружений даже структура зоны зарождения трещины свидетельствует о значительной роли пластической Деформации в усталостном разрушении. [c.346]

За последние десятилетия в физике твердого тела получило широкое распространение представление о несовершенствах кристаллической решетки, называемых дислокациями. Этим несовершенствам приписывается основная роль при объяснении ряда особенностей поведения реальных кристаллов. Механизм пластической деформации, ползучести, разрушения, рассеяния энергии при циклическом деформировании связываются большинством современных авторов с перемещением дислокаций внутри кристалла. Дислокационные представления используются также для объяснения механизма роста кристалла. Возможные дефекты кристаллической решетки не ограничиваются, конечно, одними дислокациями этим термином называются дефекты особого рода, обладающие совершенно определенными свойствами. Однако дислокационные представления, как оказалось, имеют настолько общий характер, что на их основе можно построить очень большое количество разного рода моделей, объясняющих те или иные свойства реального кристалла, и выбрать из этих моделей те, которые наилучшим образом отвечают опытным данным. [c.453]

Поскольку дислокациям принадлежит решающая роль в процессах пластической деформации и разрушения, некоторые исследователи считают, что участок кривой йс лежит в интервале плотностей дислокаций (приближенно) от 10 —10 до 10 см [c.11]

Известно, что когда возможное макроскопическое пластическое течение является допустимым, остаточные напряжения мало или вообще не влияют на прочность материала. Если же пластические деформации детали или узла ограничены (в условиях трехмерного поля напряжений, повышенной хрупкости, при исчерпании пластичности), то остаточные напряжения накладываются на любые другие напряжения, существующие в материале. Воздействие их ничем не будет отличаться от воздействия любых накладывающихся друг на друга напряжений, независимо от источника их возникновения. В этом случае роль остаточных напряжений в разрушении металла равноценна любым напряжениям, возникающим в соответствующих точках материала. [c.169]

Один из основных механизмов сухого поверхностного трения металлических тел состоит именно в пластических деформациях тонкого слоя. Вследствие шероховатости поверхностей, взаимного их сжатия и относительного скольжения даже при малых давлениях происходит непрерывное истирание и образование новых неровностей, т. е. явление пластических деформаций и разрушений выступов с образованием новых впадин . При этом, очевидно, основную роль играет кристаллическая структура тел, определяюш.ая образование новых неровностей в процессе износа. При малых давлениях р заполнение пустот будет малым, число выступов , которые удерживают давление, будет невелико и эти несущие выступы будут удалены друг от друга, т. е. будут действовать независимо. Вследствие давления и скольжения в этих выступах будут происходить пластические деформации, и их несущая способность по отношению к давлению р будет прямо пропорциональна эффективной площади Fp поперечных сечений всех выступов , приходящихся на единицу площади поверхности. Поскольку эффективная площадь сдвига определяющая несущую способность этих выступов по отношению к касательному напряжению т, будет прямо пропорциональна F , то и напряжение трения т будет прямо пропорционально давлению р (закон Кулона) [c.203]

Предельная пластическая деформация или степень пластической деформации, предшествующая разрушению, связана с жесткостью напряженного состояния.Р,/Г [145]. С увеличением жесткости напряженного состояния уменьшается степень деформации сдвига, предшествующая разрушению. Согласно теории В. П. Колмогорова [145], а также в соответствии с результатами исследований варьирование скорости деформирования материала или температуры испытаний относительно тестовых условий опыта приводит к эквидистантному смещению зависимости объема пластически деформированного материала от степени стеснения пластической деформации, определенной расчетным путем для тестовых условий опыта. Это означает, что для различных условий нагружения, отличающихся от тестовых условий опыта, роль температурно-скоростной характеристики внешнего воздействия может быть оценена через безразмерный коэффициент, являющийся коэффициентом масштаба. Путем простого перемножения всех точек зависимости объема пластически деформированного металла от степени стеснения пластической деформации на безразмерный коэффициент, характеризующий температурно-силовые [c.145]

В целом, проведенные исследования показывают, что процесс шлифования титановых сплавов сопровождается существенными изменениями структуры материала поверхностных слоев, обработанных по разным технологическим режимам. Структурное состояние, формируемое в поверхностном слое при конкретных режимах шлифования, является наиболее важным в комплексе параметров, определяющих эксплуатационные характеристики промышленных изделий. Особую роль в формировании структуры металлических систем при поверхностной обработке и сопротивлении разрушению деталей при нагружении в условиях эксплуатации отводят диффузионным процессам. Диффузия легирующих элементов в зоне металла, подвергнутого поверхностной обработке, как показали приведенные результаты, в наибольшей степени влияет на долговечность изделий в целом. В связи с этим контроль структурного состояния поверхностных слоев с точки зрения диффузионного перераспределения основных легирующих элементов сплава и изменения фазового состава, а также развивающейся пластической деформации в этих слоях, накопления различного рода нарушений структуры-является важным в решении задачи повышения качества материала после поверхностной технологической обработки деталей. [c.150]

Фрактография разрушений при статических нагрузках занимается не только исследованием пластических деформаций в зоне поверхности излома, но также стремится объяснить поведение каждого элемента структуры материала при больших пластических деформациях. В оценке формы и характера поверхности излома основную роль играет наличие более или менее заметных неровностей поверхности. [c.9]

При рассмотрении механики излома важнейшую роль играет удельная работа, потребная для образования 1 см поверхности излома. Фактически эта работа связана с некоторым объёмом материала, прилегающего к поверхности излома, в котором имеет место пластическая деформация. В случае быстрых разрушений толщина слоя пластически деформированного материала у поверхности излома является постоянной па протяжении большей части пути распространения трещины, что позволяет относить удельную работу разрушения к единице площади поверхности излома. [c.32]

Подробные исследования предельных состояний деформации и прочности чистых металлов, основанные на испытаниях монокристаллов, убедительно показывают, что дефекты различных размеров и различного характера имеются во всем объеме кристаллов металла. В соответствии с их размерами и характером эти дефекты оказывают неодинаковое влияние на развитие пластических деформаций и разрушений путем отрыва. Без знания роли этих дефектов невозможно понимание природы основных механических свойств технических металлов. Ввиду этого необходимо постепенно разрабатывать новую теорию деформации и прочности металла, в которой теория макродеформаций будет основана на концепции среды, состоящей из движущих дислокаций и проникнутой сетью стойких точечных дефектов и границ с повышенным сопротивлением деформации. [c.139]

Практическое значение изложенных представлений о природе прочности заключается в том, что здесь устанавливаются причины, вызывающие преждевременный разрыв кристаллов. Исходя из них, можно установить общие принципы, на основании которых необходимо подходить к рассмотрению различных случаев разрушения и производить поиски путей создания материала с заранее заданными свойствами прочности. Еще раз необходимо отметить, что изложенные нами взгляды на причины преждевременного разрыва существенно отличаются от общепринятых в том отношении, что совершенно иначе расценивается роль пластической деформации. [c.127]

Более пластичные металлы при одноосном растяжении разрушаются после заметной пластической деформации. Хрупкое разрушение таких металлов при статическом нагружении можно получить только при трехосном растяжении, которое делает невозможной сколько-нибудь значительную пластическую деформацию вплоть до разрушения. Этот случай указывает на роль напряженного состояния в появлении хрупкого разрушения. [c.246]

Деформации. При "жестком способе нагружения (растяжении) максимальные пластические деформации в момент разрушения серого чугуна не превышают 1-2 % и составляют 10-50 % общих деформаций. В условиях "мягкого" нагружения (сжатия) появляются значительные пластические деформации (осадка составляет 20-40 %). Благодаря наличию графитовых включений, играющих роль надрезов, пластические деформации начинают появляться при незначительных нагрузках. У концов графитовых включений пластические деформации при растяжении могут составлять десятки процентов. [c.425]

В основе этих теорий лежат те или иные предположения о характере зарождения микротрещин, которые в процессе роста сливаются в одну магистральную трещину, приводящую к разрушению. В работах Б. Я. Пи-неса (1955, 1959) предложена идея самодиффузионного механизма роста трещин, что привело автора к соотношению, сходному с (8.2). Л. Э. Гуревич и В. И. Владимиров (1960) обратили внимание на роль пластической деформации в процессе зарождения и раскрытия трещин. [c.425]

Гурьев А. В., Кукса Л. В. О роли микронеоднородной деформации в разрушении и формировании пластических свойств двухфазовых поликристаллических сплавов. — Физика и химия обработки материалов, 1968, № 4, с. 97—104. [c.172]

Так называемая линейная механика разрушения приписывает физически невозможной сингулярности реальный смысл. Подобная ситуация для механики сплошной среды не столь уж необычна, достаточно вспомнить, например, вихревые нити с нулевым поперечным сечением п конечной циркуляцией. Как оказывается, работа продвижения трещины, которая совершается либо в результате увеличения внешних сил, либо за счет уменьшения упругой энергип тела при увеличении размера трещины, непосредственно выражается через коэффициент при сингулярном члене в формуле для напряжений. Этот коэффициент называется коэффициентом интенсивности и играет для всей теории фундаментальную роль. Работа продвижения трещины может быть связана с преодолением сил поверхностного натяжения (концепция Гриффитса), с работой пластической деформации в малой области, примыкающей к концу трещины, либо с чем-нибудь еще. Важно при этом одно размеры той области, где соотношения линейной теории упругости так или иначе нарушаются, должна быть весьма малой. Тогда способность трещины к дальнейшему продвижению определяется единственной характеристикой — ра-бс.той на единицу длины пути, илп критическим коэффициентом интенсивности. [c.9]

Для понимания роли двойникования в пластической деформации и разрушении металлов и их сплавов с ОЦК-решеткой представляет интерес оценка максимально возможного вклада двойникования в общую пластическую деформацию материала. Впервые такую оценку выполнили Шмид и Боас [135] для монокристаллического образца. По данным работы [135], относительное удлинение е при полном передвой-никовании монокристалла составляет [c.65]

Возникающая ситуация перед вершиной распространяющейся трещины и за ней оказывает различное влияние на развитие усталостной трещины при двухосном нагружении при различной ориентировке фронта трещины по отношению ко второй компоненте нагрузки. Это типично синергетическая ситуация в реакции материала на внешнее воздействие. В зависимости от того, какую роль играют внешние условия нагружения в кинетике усталостных трещин, материал имеет возможность задействовать различные механизмы разрушения, оказывающие влияние на скорость протекания процесса эволюции его состояния с распространяющейся усталостной трещиной. Добавление второй компоненты к нагружению по одной оси при благоприятной ориентировке трещины вызывает доминирование либо процесса пластической деформации в вершине трещины (перед ее вершиной), либо стимулирует эффекты контактного взаимодействия в перемычках между мезотуннелями за вершиной трещины. Выбор того или иного процесса происходит самоорганизован-но и зависит от того, какой из задействованных механизмов деформации и разрушения наиболее эффективно приводит к снижению темпа подрастания трещины, а следовательно, позволяет наиболее эффективно поддерживать устойчивость открытой системы — сохранять целостность элемента конструкции с развивающейся в нем усталостной трещиной. [c.324]

Квазихрупкое разрушение представляет другой предельный случай, когда пластические деформации в макрообъемах материала, предшествующие разрушению, становятся очень незначительными — роль ослабления сил сцепления из-за разрыхления сводится к минимуму и можно полагать, что разрушение есть результат действия нормальных напряжений растяжения. [c.133]

Механизм усталостного разрушения еще недостаточно объяснен, и поэтому по многим вопросам нет общепринятой точки зрения. Из-за локальности пластической деформации и разрушения усталость можно отнести к особому виду хрупких разрушений. Не до конца объяснен механизм образования таких характерных для усталостного разрушения микрофрактографичес-ких признаков, какими являются усталостные микрополоски, что затрудняет их использование для количественной оценки излома по-разному трактуется роль избыточных фаз в процессе разрушения [72, 122, 126, 133]. [c.22]

Полуширина рентгеновской линии с поверхности излома, содержащего преимущественно признаки скола, в несколько раз меньше, чем полуширина линии с поверхности разрушения с преобладающими признака.ми пластичности. Высокая локализация деформации в вершине усталостной трещины была обнаружена на аналогичном сплаве в работе [7] методом трансмиссионной электронной микроскопии односторонним приготовлением фольги. Учитывая наблюдаемые детали микрорельефа (см. рис. 1, е—з) и очень малую зону пластической деформации при разрушении, можно считать, что в продвижении трещины в плоскости 111 важная роль яринадлеяшт локальному нормальному напряжению в ее вершине. [c.150]

В отличие от явлений, в результате которых термическая усталость приводит к разрушению, термическим скачком называют явление, вызывающее деформацию при этом деформация, обусловленная циклическим изменением термических напряжений, накапливается в одном направлений. Обычно, если действуют только термические напряжения и неупругая деформация многократно изменяется циклически, то однонаправленные напряжения растяжения или сжатия релаксируются и становятся знакопеременными. Деформация также становится знакопеременной, термический скачок не возникает. Если помимо термических действуют и другие напряжения, то эти напряжения играют роль средних напряжений деформации. Отличие of скачка пластической деформации в материалах при комнатной температуре, когда не происходит ползучести, заключается в накоплении неупругой деформации, зависящей от времени (ползучести), помимо пластической деформации, не зависящей от времени. Следовательно, рассматриваемое явление зависит от числа циклов наг )ужения и 6т времени. [c.16]

При фрактографическом анализе поверхностей разрушения выявляется более высокая неоднородность порошковых материалов по сравнению с литыми. В порошковых материалах возрастает частота наблюдения включений, которые приводят к снижению вязкости и пластичности субмикропор. Появляется новая составляюш,ая элементов излома, связанная с локально неоднородной по плотности структурой. Основным показателем неоднородности являются непропрессованные порошинки, которые сохраняют первоначальную форму и состав. Эти частицы, в зависимости от размера, выполняют различную роль в развитии разрушения. Мелкие частицы (рис. 129, а) ведут себя аналогично включениям. При вязком разрушении на них зарождаются вязкие трещины (при относительно низких деформациях) или микропоры (в результате разрушения частицы или вследствие их отделения от матрицы) (рис. 129,6). Пластическая деформация перед разрушением в значительной степени определяется количеством частиц уменьшение их числа — один из эффективных методов задержки вязкого разрушения. [c.324]

Шую роль в создании теоретических основ механики разрушения. Долгое время считалось, что разрушение многих материалов происходит непосредственно по механизму, предложейному Гриффитсом. Однако в последнее время появилось мнение, что истинная хрупкость явление более редкое, чем предполагалось ранее. Н. Петч [3, Т. Hi например, дает обоснование того. Что лишь алмаз, кварц и каменная сх>ль при очень низких температурах обладают истинной хрупкостью и что истинно хрупкое разрушение может наблюдаться в некоторых плоскостях при аномально слабых связях атомов (например, у слюды). Поэтому особое значение приобретает концепция Е. Орована [41, который обобщил теорию Гриффитса для квази-хрупкого растрескивания, характеризуемого тем, что при нем имеют место незначительные пластические деформации, а размеры объемов материала, захваченных пластическим деформированием, по сравнению с длиной трещины малы. При этом затраты энергии на образование новых поверхностей трещины ОpoBafi соотносил с работой пластической деформации в тонкой области у берегов трещины. Это дало возможность исследовать поведение металлических материалов с помощью теории Гриффитга. [c.53]

Попытки распространить гюлучеиные в теории упругости решения краевых вадач для тел е траншами на случай образования paBjaHiejibHO небольших 80И пластичности, размеры которых меньше размеров трещин, в первую очередь связаны с предложеайсы Д. Ирвина определять фиктивную длину трещины как сумму фактической длины трещины и радиуса пластической зоны. При этом радиус для пластической зоны получают из упругого решения, приравнивая напряжения (в уравнении для описания распределения напряжении у вершины трещины) к пределу текучести для идеально упругопластического материала или материала со степенным упрочнением. Эти подходы к оценке роли местных пластических деформаций в зонах трещин позволили использовать основные соотношения линейной механики разрушения при номинальных напряжениях по неослабленному сечению до 0,7 от предела текучести и о ослабленному — до 0,8—0,9 от предела текучести. [c.35]

Величина максимального растягивающего напряжения является, по-видимому, основным параметром состояния, определяющим предельные условия и скорость разрушения материала. Для описания разрушения существенно, что по мере роста несплошностей пороговые напряжения, необходимые для дальнейшего развития процесса, снижаются. Поэтому степень разрушения в том или ином ее выражении должна бьггь вторым определяющим параметром. Роль пластической деформации не вполне ясна и, если она велика, по-видимому, в первом приближении может выражаться в деформационном упрочнении материала. В результате деформационного упрочнения возрастает возможная анизотропия напряженного состояния тела в целом и материала в окрестности концентраторов напряжений, являющихся потенциальными очагами разрушения, и тем самым достигается пороговое напряжение разрушения. Роль температуры несомненно важна с точки зрения возможности структурных превращений и плавления, но в пределах одного фазового состояния ее вклад при высокоскоростной деформации, по-видимому, много меньше, чем в обычных условиях. Поскольку в экспериментах наблюдалось влияние ориентации нагрузки относительно текстуры материала на сопротивление откольному разрушению, ориентационный фактор, вообще говоря, также должен быть включен в рассмотрение, то есть достаточно полное описание разрушения должно иметь тензорный характер [92]. [c.223]

В композитах с большим содержанием твердой фазы матрица находится в условиях механического стеснения. Величина его неизвестна II подчиняется сложной зависимости, но она есть функция отношения расстояния между частицами к их дйаметру [8, 10]. Поведение такого рода систем подразделяют на две категории в зависимости от того, претерпевают или нет сами частицы пластическую деформацию перед разрушением [6]. Жесткие поверхности твердых частиц ограничивают деформацию более мягкой матрицы. В отсутствие релаксации возникают мощные концентрацип напряжений. С ростом нагрузки, когда гидростатическая составляющая напряжения превысит приблизительно в 3—3,5 раза предел текучести нестесненной матрицы, обычно наступает разрушение. Трещины возникают на границах фаз, в твердых частицах и катастрофически быстро распространяются. Подобное поведение типично для цементированных карбидных материалов и керметов, в которых содержание твердой фазы велико и нагрузка не способна деформировать твердые частицы карбида. При этом предел текучести композиции пропорционален величине, обратной корню квадратному из расстояния между частицами [8]. С ростом последнего облегчается пластическая деформация в связке, она способствует нагруженпю карбидных частиц [7, 8]. Данное поведение характерно для сплавов УС—Со, однако в известных твердых сплавах частицы карбидов играют небольшую роль в пластической деформации — композит разрушается прежде, чем они могут быть существенно нагружены. Иная картина наблюдается в системах с деформируемыми частицами, например — N1 — Н [7]. Твердая составляющая течет вместо того, чтобы разрушиться. Одновременная пластическая деформация обеих фаз приводит к заметной пластичности материала. [c.190]

Механизм усталостного разрушения. Вначале под действием циклической нагрузки накапливаются пластические деформации в наиболее слабых и наиболее напряженных зернах материала. На первом этапе существенную роль играют дислокационные искажения кристаллической структуры. Затем в этих зернах появляются линии скольжения. При повторных нагружениях число этих линий скольжения увеличивается и постепенно они сливаются, образуют полосы скольжения и субмикро-скопияеские трещины. Слиянием субмикроскопических трещин и созданием условий для развития прогрессирующей макроскопической трещины заканчивается первая стадия усталостного разрушения. Число циклов, приходящееся на эту стадию (называемую иногда подготовительной или инкубационной) составляет 6J—90% от полного [c.149]

Водород приводит к хрупкости, если он облегчает не только зарождение, 1ю и распространение трещнн. Прн росте образовавшейся трещины снижение поверхностной энергии за счет адсорбции водорода уже не играет доминирующей роли. Согласно современным представлениям, механизм разрушения металлов определяется эффективной поверхностной энергией, которая складывается из поверхностной энергии трещины у и работы пластической деформации металла р, связанной с распространением трещины. В пластичных металлах работа пластической деформации в тысячи раз превышает поверхностную энергию у, так что, если водород снизит поверхностную энергию трещины даже до нуля, это не внесет существенных изменений в характер расиространения трещин. [c.354]

При исследовании очагов усталостных трещин на поверхности излома усталостного разрушения играет важную роль рентгеновский метод, позволяющий определять степень пластической деформации и толщину деформированного слоя зерен феррита на поверхности усталостного излома, а также изучать факторы, необходимые для реализации механизма развития усталостных микротрещин. В качестве примера исследования этим методом на рис. 27 показана диаграмма, позволяющая оценить разницу в характере пластической деформации в зоне развития усталостной трещины и в зо1ге окончательного хрупкого излома. [c.33]

Решающую роль играет величина напряжений от внешней нагрузки на образец, достаточная для быстрого преодоления сопротивления разрушению в наиболее напряженных точках, при котором не может иметь места значительная пластическая деформация в окрестности этих точек. В случае отсутствия таких условий наблюдается местный переход от хрупкого к вязкому разрушению, проявляющийся в характерном виде поверхности излома, на которой видны следы различных фаз развития трещины (рис. 189). Для возникновення и развития в металле трещины хрупкого разрушения необходимо наличие напряжения растяжения. Развитие трещины замедляется или полностью останавливается в зонах действия напряжения сжатия. [c.272]

Предельное напряжение зависит от возможности распространения пластической деформации до разрушения детали. Иными словами, играет важную роль величина общего местного удлинения Хпред ПО сравнению с длиной трещины или размером зерна. Если в формуле (217а) не учитывать поверхностную энергию и , то получается [c.315]

Выдвинутая А. В. Степановым гипотеза в свое время не встретила всеобщего сочувствия, а проведенные им исследования казались большинству недостаточно убедительными, так как представление о том, что пластическая деформация цодготовляет условия для хрупкого разрушения, шло вразрез с установившимися тогда понятиями и воззрениями об исключительно упрочняющей роли пластической деформации. [c.9]

Помимо члена гптеО >, отражающего вклад дислокационных скоплений в зарождение микротрещин, уравнение (2.7) содержит величину Oi, что позволяет учесть роль нормальных (отрывных) напряжений. Такая структура условия зарождения разрушения дает возможность описать зависимость условий зарождения микротрещины от жесткости напряженного состояния и температуры. Жесткость напряженного состояния определяет вклад нормальных напряжений ri в зарождение микротрещины так, например, для образца с надрезом (рис. 2.20) и для образца с трещиной при Т=—196 °С величина oi при зарождении микротрещины составляет примерно 20 и 50 % Od соответственно. Для выполнения условия (2.7) пластическая деформация будет больше для образца с надрезом [при Т = —196°С (eP)i = 2,4 %, [c.109]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...