Влияние металлургических факторов на разрушение

ВЛИЯНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА РАЗРУШЕНИЕ [c.136]

В последние годы для оценки металлургического качества металла, закономерностей процесса разрушения, влияния структурных, технологических и других факторов на разрушение широко применяют методы фрактографии — области знания о строении изломов. [c.10]

Данная глава посвящена двум формам разрушения материалов, связанным с воздействием среды, а именно — коррозионному растрескиванию под напряжением (KP) и водородному охрупчиванию. Будет рассмотрена связь этих видов коррозии с различными металлургическими факторами. В число последних входят химический состав компоненты микроструктуры (такие как тип и структура выделений, размеры и форма зерен) кристаллографическая текстура термообработка и ее влияние на уже перечисленные факторы и, наконец, некоторые технологические процессы, в частности термомеханическая обработка (ТМО), которая привлекает возрастающее внимание как метод оптимизации свойств материалов. Все названные переменные, несомненно, очень важны с точки зрения разработки новых материалов, отвечающих постоянно усложняющимся условиям эксплуатации. [c.47]

Теперь рассмотрим вопрос о том, каким образом на процесс индуцированного водородом растрескивания влияют металлургические факторы. Обсуждаться будет, в основном, феноменология, но включен и ряд замечаний о механизмах влияния рассматриваемых факторов. Здесь уместно еще раз подчеркнуть, что мы не считаем, что существует один водородный механизм , действующий во всех случаях если он и есть, то данными, подтверждающими его существование, мы пока не располагаем. Напротив, как показывает рис. 52, взаимодействие водорода с микроструктурой и связь его поведения с типом разрушения представляются весьма многообразными. [c.136]

Описанная только что модель сталкивается с несколькими трудностями, включая вывод [332] о том, что в высокопрочных материалах в условиях особого напряженного состояния в вершине трещины пластическое течение не является необходимым. Кроме того, полностью игнорируются диффузионные эффекты. Согласно данным современной механики разрушения [320], такие эффекты могут быть важны, поскольку максимальные напряжения возникают очень близко от вершины трещины (рис. 51). Предпринимавшуюся попытку провести критические эксперименты [333], подтверждающие эту модель, следует, по-видимому, признать безуспешной [310]. С помощью приведенной модели трудно объяснить случаи прерывистого растрескивания [318], а также роль металлургических факторов (за исключением их влияния на локальные растворимости). Чувствуется, таким образом, что эта модель, в принципе корректная и привлекающая своей простотой,— в существующем виде несовершенна. Процессы, которые она пытается объяснять и использовать, а именно ослабление межатомных связей водородом, вполне могут лежать в основе многих или даже большинства явлений водородного охрупчивания, однако сама по себе модель пока неудовлетворительна. Возможно, дальнейшие исследования поставят ее на прочное [c.136]

Любая законченная теория КР должна объяснять взаимосвязь таких трех факторов, как энергетические условия разрущения (это термодинамическая проблема, которая в итоге может быть решена на уровне квантовой механики, т. е. влияние среды на прочность связи), кинетика процесса разрушения и специфическое влияние металлургических и химических факторов. [c.388]

Для многих деталей машин и инженерных конструкций, которые имеют различные поверхностные трещиноподобные дефекты металлургического, технологического или эксплуатационного происхождения, стадия зарождения усталостной трещины может не лимитировать общую длительность процесса разрушения и в этом случае долговечность изделия будет определяться временем роста микротрещины до критических размеров. Изучение закономерности роста усталостных трещин с учетом влияния различных физико-химических факторов позволяет более глубоко понять механизм усталостного разрушения и вскрыть процессы, не выделяемые при испытании гладких образцов. Применение образцов с заранее выведенной трещиной ужесточает условия испытания и позволяет обнаружить влияние даже очень слабо-активных сред. Количественные данные о влиянии коррозионных сред на скорость роста усталостных трещин могут быть использованы для расчетов изделий с трещинами. [c.86]

В металлах, используемых обычно в качестве материалов для конструкций, мельчайшие частицы, которые допустимо считать однородными (кристаллические зерна), отличаются в огромном большинстве случаев весьма малыми размерами по сравнению с размерами элементов конструкций. Средний диаметр этих зерен представляет собой величину порядка самое большее нескольких миллиметров, обычно же он составляет всего лишь от 0,1 до 0,01 мм. Для сравнения укажем, что расстояния между атомными частицами в кристаллической решетке измеряются величинами порядка 10 см. Изучение тонкой кристаллической структуры металлов и их сплавов при помощи оптического и электронного микроскопов позволило получить важные сведения относительно влияния структуры на прочностные характеристики металлов, а также обнаружить видимые изменения в зернистой структуре, сопровождающие пластическую деформацию твердых металлов или вызывающие их разрушение. Металл с весьма мелкозернистой структурой обладает обычно большей прочностью, чем тот же металл со структурой крупнозернистой. Так как размер зерна и состояние кристаллической структуры находятся в тесной зависимости от технологии и подвергаются резким изменениям под воздействием механической и термической обработки металла, то очевидно, что эти металлургические факторы оказывают большое влияние на свойства, определяющие механическую прочность металлов. Поскольку, однако, эти факторы не поддаются анализу на основе законов механики, они здесь не рассматриваются, и для ознакомления с ними следует обратиться к курсам физической металлургии ). В дальнейшем о них будет сказано лишь очень кратко. [c.56]

Влияние полосчатой структуры на склонность стали к хрупкому разрушению более сложно. Прежде всего это относится к изделиям плоской формы. Если эти изделия подвергаются изгибающим напряжениям, то в них иногда появляются слоистые изломы. Причины возникновения слоистых изломов многообразны первичная полосчатая ликвация при наличии однородных вторичных структур (нормализованных или закаленных и отпущенных), первичная и вторичная ликвация (например, феррит и перлит или перлит и мартенсит), строчечные включения с более или менее заметной первичной ликвацией. Эти металлургические факторы в сочетании с чувствительностью стали к надрезу, стойкостью каждой полосы к распространению трещин и условиями нагружения чрезвычайно осложняют проблему [72]. [c.34]

И, наконец, последняя задача будущего исследования касается стальных конструкций с толстыми сечениями. Хотя проведены исследования влияния толщины, результаты должны быть экстраполированы на стальные конструкции толщиной в несколько десятков миллиметров. Влияние толщины сечения проявляется двояко с одной стороны, наблюдаются металлургические изменения по толщине, с другой стороны — геометрическое стеснение деформаций в направлении толщины. Оба фактора оказывают влияние на инициирование и распространение разрушения, но, несомненно, в различной степени. Таким образом, рекомендуется провести исследование для определения характеристик инициирования и распространения разрушения в стальных конструкциях с толстыми сечениями (толщиной до 305—355 мм). [c.203]

Эти материалы подвергнуты детальному исследованию для оценки склонности их к хрупкому разрушению при ударном изгибе с учетом влияния глубины трещины и записью параметров разрушения этих материалов при ударном изгибе (см. параграф 4 настоящей главы), Влияние металлургических факторов на хладноломкость стали. В последние годы была показана возможность повышения хладо-стойкости сталей за счет совершенствования процессов конечного раскисления [151—15о1. Проиллюстрируем это на примере [23, 50, 109] конечного раскисления стали 45Л. Сталь выплавляли в 5-тонной дуговой печи. После предварительного раскисления ферромарганцем и ферросилицием металл выливали в стопорный ковш. Раскислители (алюминий, силикокальций и ферроцерий) вводили в 350-килограммовые заливочные ковши, которые наполняли металлом из стопорного ковша. Это позволило исключить влияние посторонних факторов (химсостава, температуры и др.) и получить металл, отличающийся только вариантом конечного раскисления, обеспечивающего разные уровни его газонасыщен-ности, механические свойства и хладостойкость. [c.178]

Первоначальный анализ разрушения был проведен с целью выяснения, не была ли использована в качестве присадочного материала проволока сплава In onel, поскольку химическим анализом сварного шва было установлено присутствие следов железа. Однако вскоре после окончания этого исследования произошло аналогичное разрушение другого бака. При анализе второго случая разрушения вскрылись неизвестные факторы. Аналогичный характер разрушения имели еще многие швы, после чего было начато подробное исследование причин разрушения. Объем исследований был увеличен вдвое, чтобы выяснить причину и воспроизвести разрушение. На первом этапе были исследованы механические свойства сварных соединений и влияние параметров процесса сварки и геометрии сварных швов, а затем на втором этапе — влияние металлургических факторов и химического состава. При исследовании параметров процесса сварки изучали влияние степени чистоты защитного газа, величины зазора между свариваемыми трубой и фланцем, зачистке присадочной проволоки щетками перед сваркой и хранения ее после сварки, а также геометрии сварного шва. На втором этапе исследований дефектные детали были изъяты из бака, и из них были выре- [c.290]

Основная цель настоящей главы сводится к критическому обзору количественных данных по КР, которые накоплены к настоящему времени. Достижения механики разрушения последних лет позволяют проводить количественный анализ при испытаниях на КР [46, 47] и сопоставлять влияние среды и металлургических факторов на количественной основе, как это будет показано-в последующих разделах. До разработки новых методов испытаний наиболее удобным количественным методом были испытания по времени до разрушения на гладких образцах. Он применялся [48] на протяжении почти 50 лет для оценки ч)(в( вительности к КР высокопрочных алюминиевых сплавов. Гладкие образцы также используются для определения порогового уровня напряжений (Ткр, ниже которого КР не наблюдается в течение определенного периода вре- [c.152]

Причина повышенной чувствительности к трещине материала плавки А по сравнению с плавкой Б заключалась в наличии в нем крупных скоплений грубых включений, что подтвердилось микрофрактографическим исследованием на поверхности изломов образцов, вырезанных из разрушившейся детали и других деталей той же плавки, наблюдались колонии грубых включений, между которыми располагаются микроучастки малопластичного разрушения, в то время как на изломах образцов из деталей плавки Б такие скопления не наблюдались, микростроение излома пластичное, ямочное (рис. 88). Локальный рентгеноспектральный анализ показал существенную неоднородность распределения никеля, железа и кремния. При среднем содержании кремния 0,24% в отдельных зонах материала аварийной детали его содержание достигает 0,76%, в материале плавки Б максимальное значение содержания кремния составляло 0,37% Отрицательное влияние таких факторов, как наличие металлургических дефектов или концентраторов напряжений в виде забоин или рисок, особенно заметно проявляется при действии высоких рабочих напряжений. Так, в очаге усталостной трещины в детали из сплава Д1 был обнаружен дефект в виде шлакового включения (рис. 89, а). Микрофрактографический анализ показал большое количество интерметаллидов на поверхности излома в области очага разрушения (рис. 89,6). Развитие излома характеризовалось последовательным возникновением дополнительных очагов, также связанных со скоплениями включений. 116 [c.116]

Мы отмечали важность планарности скольжения в сплавах на основе Ре и N1, связанной с разрезанием выделений. Большое значение имели бы дальнейшие исследования зависимости такой планарности от металлургических факторов и предшествующей термообработки материала. Интересно было бы исследовать и влияние тех же факторов на потери когерентности выделений, что помогло бы лучше понять природу корреляции, представленной на рис. 54, и природу интеркристаллитного разрушения рассматриваемых материалов (при условии, что это разрушение связано с дислокационным транспортом водорода к границам зерен [259]). Заслуживает более тщательного изучения и отрицательное влияние ц- и б-фаз в таких сплавах на стойкость к индуцированному внешней средой охрупчиванию. Необходимо выяснить, обусловлен ли этот эффект присутствием ингибиторов рекомбинации водорода на межфазных границах, или же водород вызывает охрупчивание самих фаз. [c.141]

Циклическая трещиностойкость характеризуется высокой чувствительностью к структуре и составу сталей на / и // участках КДУР. Для ill участка диаграммы характер воздействия структурных и металлургических факторов может быть качественно оценен по их влиянию на вязкость разрушения, поскольку обычно существует симбатная корреляция между Kia и Kfe- [c.342]

КОЙ скоростью может быть уменьшена. Есть надежда оптимизк-ровать положение этого минимума и последующий рост сопротивления хрупкому разрушению в зависимости от скорости распространения трещины за счет металлургических факторов и посредством конструктивных решений с целью гарантированной остановки трещин. На рис. 17, а—в показано влияние эффекта скорости на длину остановленной трещины. Уравнение Берри — Хоугланда (16) дает количественную картину для осуществления такого механизма остановки трещины. Если контролировать чувствительность К к скорости по закону [c.39]

В литературе также отмечается, что чувствительность вы-сокоирочных сталей к КР находится в сильной зависимости от ряда металлургических факторов. Повтому наблюдается часто различная склонность к КР сталей, близких по химическому составу. В работе [48] отмечается, что стали, выплавленные открытым способом, являются более хрупкими. Стали, полученные методом вакуумной плавки, труднее разрушаются при всех уровнях прочности. Это связывается со снижением концентрации иримесей, которые оказывают влияние на процесс разрушения, включая слияние микроиор. Считают, что слияние микропор является формой микроразрушения. Процесс слияния микропор сопровождается пластическим деформированием отдельных частей зерен (расположенных между порами), разрушением твердых фаз или других фаз примесных элементов. Снижение числа и размера примесных частиц позволяет твеличить О бъем пластически деформированного металла у вершины растущей трещины. Поэтому чистота сплава оказывает большое влияние на сопротивление пластическому разрушению. [c.111]

Приведен анализ методик экспериментального определение комплекса характеристик трещиностойкости. Рассмотрено влияние ряда металлургических и технологических факторов на трещиностойкость сталей при циклическом нагружении, влияние уровня приложенных напряжений, частоты нагружения, koHl HTpa-торов напряжения, вязкости разрушения материала при различных условиях нагружения на закономерности роста усталостных трещин. Намечены общие принципы вы ра марки стали для обеспечения допустимой трещиностойкости деталей машин и конструктивных элементов с учетом условий эксплуатации. [c.2]

Технологический фактор связан с влиянием наклепа и остаточных напряжений от механической обработки. Влияние этого фактора исключается при изготовлении образцов с. большим числом проходов при резании и постепенным уменьшением глубины ре-еания и подачи. При этом толщина наклепанного слоя и остаточные напряжения получаются минимальными и не влияют существенно на сопротивление усталости. В ряде исследований проводили отжиг образцов в вакууме для П0Л1ЮГ0 снятия наклепа и остаточных напряжений. После исключения влияния металлургического и технологического факторов существенное снижение пределов выносливости связано со статистическим фактором и хорошо описывается количественно и качественно уравнениями, вытекающими из статистической теории подобия усталостного разрушения. [c.145]

Физическая неоднородность металла сварных швов и влияние металлургических и технологических факторов на развитие физической неоднородности. Поли онизационные границы с большой плотностью несовергяенств кристаллической решетки и скоплениями легируюших элементов и примесей во многом определяют такие свойства литого металла, в том числе и металла сварных швов, как склонность к хрупкому разрушению, межкри-сталлитной коррозии и пр. [c.544]

Видимое проявление коррозионного растрескивания состоит в появлении трещин, которые напоминают хрупкое разрушение, поскольку их распространение сопровождается небольшой пластической деформацией. Коррозионное растрескивание, вызывающее в пластичном материале хрупкое разрушение, обусловлено действием определенной внентней среды, растягивающих напряжений достаточной величины п, как правило, спецификой металлургических факторов (химическим составом и структурой сплава). Состав, структура сплавов и свойства окружающей среды, которые оказывают определенное влняние на различные стадии процесса разрушения и которые рассматриваются в настоящем разделе, настолько многообразны, что трудно, если не сказать нереально, дать какое-либо простое объяснение влияния этих факторов для этого необходимо рассмотреть ряд различных механизмов. Однако это совсем не означает, что невозможна некоторая систематизация имеющихся в литературе но этому вопросу данных. Поэтому цель настоящего раздела состоит и том, чтобы показать, что на основе рассмотрения неирсрывиого ряда различных механизмов коррозионно-механического разрушения на отдельных этапах можно сформировать вполне определенные представления об обобщенном механизме коррозионного растрескивания [1]. Такой подход противоположен представлениям о неизменности механизма разрушения, следовательно, он помогает предположить существование специфических условий, вызывающих коррозионное растрескивание. [c.228]

Теперь можно попытаться объединить представления о роли электрохимических факторов, влиянии типа скольжения и других металлургических переменных, а также о поведении водорода, и построить общую картину индуцированного водородом растрескивания. Признаком успешного решения этой задачи была бы способность модели найти общие элементы в таких очевидно различных явлениях, как потери пластичности (уменьшение относительного сужения) аустенитных нержавеющих сталей при испытаниях на растяжение в газообразном водороде при высоком давлении и разрушение тина скола, наблюдаемое в сплаве титана при испытаниях в условиях длительного нагружения в мета-нольном хлоридном растворе. Должна быть обоснована возможность протекания, наряду с чистыми процессами анодного растворения и водородного охрупчивания, также смешанных и составных процессов. Ниже представлено качественное описаппе по крайней мере исходных посылок такой широкой модели. В ней свободно используются и уже известные представления. [c.133]

При участии автора книги в СССР были разработаны РД 50.344— 82 "Методические указания. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) при циклическом нагружении", являющиеся первым межотраслевым нормативно-методическим документом по испытаниям металлов на трещиностойкость. Определяемые в соответствии с этими методическими указаниями характе 1стики могут быть использованы (наряду с другими характеристиками механических свойств) для суждения о сопротивлении материала развитию трещины и определения влияния на него различных металлургических, технологических и эксплуатационных факторов сопоставления материалов при обосновании их выбора для машин и конструкций контроля качества материалов оценки долговечности элементов конструкций на основании данных об их дефектности и напряженном состоянии установления Критерия неразрушающего контроля и анализа причин разрушения конструкций. [c.49]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...