Разрушения и изломы

При передаче вращающего момента в зацеплении действуют нормальная сила и сила трения Rf, связанная со скольжением (рис. 3.101). Под действием этих сил зуб находится в сложном напряженном состоянии. Решающее влияние на его работоспособность оказывают контактные напряжения а и напряжения изгиба а , изменяющиеся по некоторому прерывистому циклу. Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев излома и выкрашивания рабочих поверхностей. Сила трения вызывает износ и заедание зубьев. [c.348]

Характерный вид усталостного излома показан на рис. 2.166. Края возникшей трещины нажимают друг на друга, трещина разрастается и поверхности детали в месте трещины как бы пришлифовываются, в результате на изломе часть поверхностей деталей получается гладкой, блестящей. Когда трещина распространится на большую часть сечения, оставшаяся его часть уже не может выдержать нагрузки и происходит излом. Так как излом носит мгновенный характер, то происходит хрупкое разрушение и эта часть излома имеет зернистую структуру. [c.315]

Разрушение металлов делят на два вида — хрупкое и вязкое [1] при хрупком разрушении поверхность излома близка к плоскости, но обычно имеет микрорельеф из ступенек, наклоненных под углом, близким к 45° при вязком разрушении середина излома расположена перпендикулярно оси образца, а боковые грани имеют коническую поверхность дно чашечки имеет волокнистый излом, а боковые поверхности — поверхность среза. [c.16]

Фрактографические исследования связаны с установлением соответствия между рельефом поверхности разрушения и видом силового воздействия, а также условиями нагружения. Считают [7], что критерием правильной расшифровки информации о процессе разрушения в результате анализа эксплуатационного излома является воспроизведение подобного рельефа излома в лабораторных условиях. Такое представление о подобии разрушения в лабораторном опыте и в условиях эксплуатации достоверно только с точки зрения подобия реакции материала на воздействие в опыте и в эксплуатации. Как будет показано далее, развитие разрушения с формированием того или иного рельефа излома является автомодельным процессом, который может быть реализован в различных условиях нагружения. [c.81]

Автомодельное поведение материала в области I и П1 проявляется, в первую очередь, в неизменности механизма разрушения, следовательно, в неизменности наблюдаемого рельефа излома независимо от свойств (механических характеристик) и структурного состояния материала. Из качественного анализа рельефа излома, когда разрушение реализовано в области I или П1, нельзя сделать заключение о том, каким было внешнее воздействие (скорость нагружения, температура, количество и направление действия сил и др.), и невозможно определить, какой материал разрушен (на какой основе), а также каковы его структурные особенности. При низкой скорости деформации могут проявляться и доминировать процессы скольжения в случае вязкого разрушения, и межзеренное проскальзывание в случае хрупкого разрушения. Однако эти особенности формирования рельефа излома могут быть одновременно следствием попадания в температурный интервал [c.82]

Проведенное подробное рассмотрение температурно-скоростного фактора воздействия на развитие процесса разрушения свидетельствует о существовании некоторого интервала изменения температуры и скорости, когда реализуемый процесс разрушения и, следовательно, формируемый рельеф излома качественно подобны. Один и тот же рельеф излома характеризует широкий спектр условий температур- [c.94]

Рассмотрение соотношения (4.29)—(4.32) указывает на тот факт, что в локальном объеме материала перед вершиной трещины необходимо рассматривать сочетание двух коэффициентов интенсивности напряжения ki и при описании последовательности формирования излома. Квадрат коэффициента интенсивности напряжения (КИН) Ki)i пропорционален энергии разрушения, и величина может быть охарактеризована для каждого подрастания трещины через минимальную величину (/ j)o, при которой происходит минимальный прирост трещины. На этом основании условие [c.204]

Рис. 9.23. Фасеточный рельеф (а) усталостного разрушения и (б) усталостные бороздки в изломе диска I ступени КВД двигателя Д-30, ( в) зависимость шага усталостных бороздок 8 и числа циклов нагружения Np от глубины трещины а

Рис. 9.43. Общий вид (а) излома уголковой трещины в диске I ступени КНД двигателя Д-36 и особенности его рельефа (б), (в) у очага разрушения и (г), (Э) на участке около зоны быстрого развития трещины

Выявленная морфология рельефа с усталостными бороздками свидетельствует о том, что при относительно умеренной температурной напряженности дисков механизм межзеренного разрушения подавлен внутризеренными процессами разрушения и скольжения. Внутризеренное скольжение вызывает интенсивное растрескивание материала и препятствует реализации механизма формирования усталостных бороздок, что отражается в сочетании элементов рельефа ввиду усталостных бороздок и растрескиваний излома. [c.545]

Замечено, что материалы, проявляюш,ие хрупкость при разрушении с уменьшением скорости деформирования, обладают большей склонностью к ЗР. Поэтому возможно, что в качестве ускоренного метода оценки склонности к ЗР может стать изучение характера разрушения и изломов при изменяющейся скорости нагружения. [c.57]

Исследования показали, что по химическому составу металл отливки корпуса задвижки соответствовал стали А-352 1СВ по АЗТМ и в зоне разрушения находился в охрупченном состоянии ударная вязкость КСУ 4д при пониженной температуре составляла 12 Дж/см , относительное удлинение 8 — 23,8%. Металл имел ферритно-перлитную структуру с крупными равноосными зернами и включениями карбидов внутри зерен феррита. Охрупчивание металла отливки в зоне разрушения было вызвано наличием усадочных межкристаллитных несплошностей и проявлением водородной хрупкости. По значениям прочности, твердости и относительного сужения металл отвечал требованиям нормативных документов к отливкам, предназначенным для эксплуатации в средах с высоким содержанием сероводорода. Разрушение стенки корпуса задвижки произошло в результате быстрого развития трещин, образовавшихся в металле под воздействием напряжений, превышающих предел текучести, в зоне расположения усадочных несплошностей. Наличие высоких напряжений в металле в момент, предшествовавший разрушению, подтверждалось тем, что в зоне зарождения и нестабильного роста трещин преобладал вязкий характер разрушения. Характер излома корпуса задвижки в зонах зарождения и докритического роста трещины смешанный, а в зоне лавинообразного разрушения — хрупкий с шевронным узором. Охрупчивание металла, вызванное его пониженной ударной вязкостью, способствовало лавинообразному развитию разрушения. На гболее вероятной причиной разрушения задвижки явилось, по-видимому, размораживание ее корпуса. [c.52]

Путем механических испытаний для каждого материала определяются напряжения, при достижении которых в материале появляются признаки нарушения прочности пргг достижении предела текучести — заметные остаточные деформации, при достижении предела прочности — признаки неиосредственногб разрушения — появление излома. Так как оба признака говорят о нарушении прочности, то напряжения, при которых они появляются, должны считаться недопустимыми. Таким образом, к предельным напряжениям материалов должны быть отнесены предел текучести и предел прочности материала. [c.283]

Усталостные изломы представляют собой непосредственный результат нарушения сплошности материала и являются своеобразной фотографией истории разрушения. При усталостном разрушении на изломе можно обнаружить две зоны одну мелкозернистую, принимающую даже фарфоровидное строение, а иногда и блестящий щлифованый вид, и другую — с волокнистым строением. [c.338]

Критерий соответствия лабораторного испытания и эксплуатационного разрушення вид излома образца и натуральной детали должен быть идентичным [c.481]

Как известно, усталостные разрушения начинаются в зоне наибольшего напряжения с образования трещины на поверхности или на небольшой глубине ослабленного сечения (надрезы, отверстия, риски или другие концентраторы напряжения). Разрушение от статического растяжения обычно вызывает сокращение площади поперечного сечения образца вблизи места разрушения. Усталостное разрушение образца заметного сокращения площади его поперечного сечения практически не вызывает. Поверхность усталостного излома, как правило, имеет две зоны собственно усталостного разрушения и окончательного разрушения (долома). Зоны усталостного излома по внешнему виду поверхности обычно характеризуются мелкозернистостью структуры металла и нали- [c.248]

Влияние покрытий на эксплуатационные характеристики жаропрочного сплава, применяемого при изготовлении лопаток газовых турбин, изучалось [223] на установке Коффина с построением кривых термической усталости. Для выяснения характера разрушения оценивали изломы и проводили металлографический анализ микрошлифов продольного сечения. Многокомпонентные покрытия СоСгА1 , КЮтА1 , Ni o rAlY наносились на образцы с применением электронно-лучевой технологии со скоростью конденсирования 2 мкм/мин. [c.129]

Исследование первоначально отказавшей детали с целью установления причин появления в ней трещины, выявленной при техническом обслуживании ВС в условиях эксплуатации или при его ремонте, подразумевает проведение комплекса лабораторных исследований. Собственно фрактографическому анализу — изучению излома — предшествует анализ условий работы детали, ее нагруженности, повторяемости аналогичных разрушений и пр [6-13]. В задачу анализа излома элемента конструкции входит первоначальная оценка природы возникновения трещины, получение информации о процессе ее распространения и условиях перехода к окончательному разрушению. Указанные три этапа накопления повреждения в конструкции до ее окончательного разрушения могут оказаться невзаимосвязанными. Зарождение трещины может быть следствием высокой концентрации напряжений, вызванной наличием производственного дефекта материала (поры, раковины и пр.). При этом развитие трепцт-ны может быть обусловлено, например, высоким уровнем напряжения, не соответствующим заложенной конструктором в расчете величине напряжения. Наконец, окончательное разрушение может быть результатом кратковременной перегрузки [c.79]

Скорость деформации и температура аналогичным образом влияют на параметры процесса разрушения через изменение жесткости напряженного состояния, не меняя самого процесса в определенном диапазоне изменения указанных факторов. Сочетание низкой скорости деформации и высокой степени стеснения пластической деформации может изменить механизм вязкого разрушения, например от преимущественного формирования ямочного рельефа в условиях отрыва до вязкого внутризеренного, путем сдвига при нарушении сплошности по одной из кристаллографических плоскостей. Указанный переход в развитии процесса разрушения был выявлен при испытании круглых образцов диаметром 5 мм с надрезом из жаропрочного сплава ЭИ437БУВД при температуре 650 °С. Медленный рост трещины характеризовался следующими элементами рельефа гладкие фасетки со следами внутризеренного множественного скольжения по взаимно пересекающимся кристаллографическим плоскостям, вышедшим в плоскость разрушения, и волнистый рельеф в виде пересекающихся ступенек, которые также отражают процесс кристаллографического скольжения (рис. 2.6а). Аналогичный характер формирования поверхности разрушения был выявлен в изломе на участке ускоренного роста трещины при эксплуатационном разрушении диска турбины двигателя (рис. 2.66). Диск был изготовлен из того же жаропрочного сплава ЭИ437БУВД. Разрушение диска было усталостным. Сопоставление описываемых. элементов рельефа в ситуации монотонного растяжения с низкой скоростью деформации и повторное циклическое нагружение дисрса в эксплуатации привели к идентичному процессу разрушения. В отличие от разрушения образца в диске развитие трещины происходило при медленном возрастании нагрузки в момент за- [c.91]

Медленное деформирование материала может приводить к росту трещины не только по плоскостям скольжения, но также и по границам фрагментов Б условиях интенсивного наклепа материала и к потере когезивной прочности в субграницах. Такой вид разрушения сосуда под давлением был зарегистрирован в условиях эксплуатации. Трещина распространялась в сплаве 17Х4НЛ по границе раздела двухфазовой структуры между прослойками феррита (ферритная полосчатость) и мартенситной матрицей, В условиях двухосного растяжения под давлением и длительной выдержки под нагрузкой происходило вязкое отслаивание феррита по приграничным зонам. Трехточечный изгиб образцов в виде пластин, вырезанных из гидроагрегата вдоль образующей его цилиндрической части, показал, что при скорости деформации 0,1 мм/мин образцы имеют высокую пластичность с остаточной деформацией около 8 % в зоне разрушения. Рельеф излома имел полное подобие рельефу эксплуатационного излома. Это означало, что в условиях эксплуатации вязкость разрушения была реализована полностью, хотя на мезоскопическом масштабном уровне (0,1-10 мкм) разрушение было квазихрупким. Пластическая деформация материала была реализована за счет деформации зерен феррита с формированием неглубоких ямок в момент отслаивания феррита по границам мартенситных игл, что привело к столь значительному утонению стенок ямок, что их можно было выявить только при увеличении около 10,000 крат при разрешении растрового электронного микроскопа около 10 нм. [c.92]

Распространение усталостных трещин в тонких пластинах сопровождается переходом к переориентировке всей поверхности излома под углом около 45° к плоскости пластины еще до начала быстрого разрушения. Развитие трещины происходит в условиях перемещения берегов трещины по типу /jm при одноосном растяжении. Такая же ситуация реализуется в случае комбинированного не одноосного нагружения тонкой пластины, т. е. она не зависит от условий внешнего воздействия, а присуща поведению материала в некотором диапазоне толщины испытываемой пластины. Происходит самоорганизо-ванный переход через точку бифуркации, когда материал стремится понизить затраты энергии на реализуемый процесс разрушения и использует для этого большую работу пластической деформации, которая имеет место при продольном сдвиге. Доказательством сказанного являются результаты известных экспериментов, например [77-79]. На участке перехода от преимущественно плоского к переориентированному под углом около 45° излому отмечается небольшое снижение темпа роста трещины. Ее величина может даже оставаться постоянной. Это отмечается в алюминиевых, никелевых и титановых сплавах, что свидетельствует о едином поведении системы в виде пластины с развивающейся в ней усталостной трещиной. С увеличением длины трещины снижается степень стеснения пластической деформации вдоль фронта трещины, до.яя плоской поверхности излома по сечению уменьшается, что позволяет реализовать большую работу пластической деформации перед продвижением трещины. [c.109]

Фрактально-спектральные характеристики позволяют существенно продвинуться в понимании механизмов разрушения и последовательности событий, которые были реализованы материалом в вершине трещины вдоль всего ее фронта, а также оценить однородность развития разрушения материала в разных направлениях роста трещины. Поверхности изломов в случае развития усталостной трещины с формированием псевдобороздчатого, фасеточного и межзеренного рельефов изломов деталей не имеют регулярно сформированных параметров рельефа. Поэтому об однородности их процесса разрушения и реакции материала на внешнее воздействие по рельефу излома не представляется возможным давать качественную оценку. [c.267]

Таким образом, развитие усталостных трещин в различных материалах при возрастающей асимметрии цикла нагружения не нарушает последовательности процессов разрушения и ведущей роли тех из них, которые соответствуют определенным масштабным уровням в соответствии с иерархией, присущей всем материалам. Последовательное возрастание асимметрии цикла сопровождается двумя эффектами. Доминирующую роль в развитии трещин начинает играть процесс внутризерен-ного разрушения с понижением масштабного уровня и возвращением к сдвиговым механизмам на микроскопическом масштабном уровне, что приводит к появлению псевдобороздчатого рельефа излома. Существует пороговая асимметрия цикла нагружения, при достижении которой развитие внутризеренного разрушения может быть реализовано только на микроскопическом масштабном уровне вплоть до нестабильности процесса роста трещин. В случае чувствительности границ [c.299]

Такое предположение позволяет сделать сопоставление данных работ [61] и [96]. В обеих работах исследовали один и тот же Ti-сплав с параметрами структуры, характеризуемыми крупными а -пла-стинами в первичных (3]5,-зернах размером 0,5-1 мм. В работе [43] при выдержке материала под нагрузкой в течение нескольких минут изменения СРТ по сравнению с х = О не отмечали. В работе [96] при выдержке произошла смена механизма разрушения с вязкого внутризеренного, которому отвечал бороздчатый рельеф излома, на межсубзеренный с фасеточным рельефом излома, что сопровождалось сокращением в 16 раз периода роста трещины. В связи с фактом возрастания скорости роста трещин было подчеркнуто [96] наличие в материале 0,004 % Н2. Это количество Н2 достаточно мало по массе, но в другой работе [81] при длительном статическом нагружении образцов из сплава 0Т4 по схеме Трояно при объемной доле Н2 в 0,003-0,005 % наблюдали их замедленное разрушение и увеличение СРТ при высоком уровне напряжений. Такое разрушение, как говорилось выше, сопровождалось образованием гидридов и развитием трещин по ним. Но в работе [61] снижение долговечности было объяснено диффузией имеющегося в материале Н2 в полосы скольжения. Если это так, то при выдержке данный процесс должен сопровождать и рост трещины, способствуя охрупчиванию материала, однако это в работе [60] не наблюдалось. Поэтому только наличием в сплаве Н2 нельзя объяснить снижение периода зарождения трещины и увеличение СРТ. По всей вероятности, имелась некоторая субструктурная особенность состояния материала по межфазпым границам, которая вызывала рост трещины по ним в течение выдержки под нагрузкой или охрупчивание по плоскостям скольжения в монофазном материале. [c.368]

Выполненные исследования Ti-сплава ВТЗ-1 дисков со средними значениями КСТ в 3,8 4,9 8,2 и 11,0 Дж/см показали, что при треугольной форме цикла нагружения только разрушение материала со значением КСТ = 8,2 Дж/см было смешанным (вязким внутризеренным и хрупким межсуб-зеренным) с примерным равенством доли обоих механизмов разрушения в изломах образцов. При остальных значениях КСТ разрушение материала происходило преимущественно по вязкому внут-ризеренному механизму с формированием в изломах усталостных бороздок. Переход к трапецеидальной форме цикла вызвал не однозначную по отношению к величине КСТ смену механизма [c.381]

Важно подчеркнуть, что при всей сложности описания процесса роста усталостных трещин в случае активизации процесса коррозии также может быть решена обратная задача по описанию процесса разрушения и даже по количественной оценке интенсивности роста трешины. Это заключение следует, например, из работы [145], где на основе фрактографического анализа были дифференцированы механизмы коррозии в сталях. Определенные модели роста трещин могут быть рассмотрены только с учетом реализованного механизма разрушения. Более того, формирование параметров рельефа излома в агрессивной среде в виде усталостных бороздок или блоков мезоли-ний позволяет восстанавливать кинетический процесс и проводить интегральную оценку поправочных функций и сопоставлять на их основе предполагаемый (прогнозируемый) и реализованный процесс разрушения. [c.395]

Рис. 9.18. Общий вид (а) одного из разрушенных в эксплуатации дисков I ступени КВД двигателя Д-30 (6) фрагмент диска с усталостной трещиной и изломы двух дисков с очагами разру-щения в ступичной части от галтели (в) и от щлицев (г)

Далее значительную часть поверхности излома занимал ямочный рельеф, свидетельствующий о нестабильном росте трещины. Поэтому расчет длительности роста трещины вели только в пределах 12 мм от очага разрушения и по аппроксимирующей зависимости шага бороздок от длины трещины. Расчет показал, что длительность разрушения диска с учетом минимального трехкратного продвижения трещины за нолет составляет около 3370 ПЦН. [c.529]

В пределах возникшей под поверхностью трещины разрушение материала отвечало области МНЦУ и определялось вибрационными нагрузками низкой амплитуды. После выхода трещины на боковую поверхность диска произошла смена механизма разрушения, и в изломе стали формироваться усталостные бороздки, доля которых в изломе составляла около 50 %. Здесь имели место такж-е участки фасеточного рельефа излома. Шаг бороздок соответствовал области МЦУ и, имея [c.531]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...