Поверхностные трещины металлов

Исследованиями академика П. А. Ребиндера и его учеников установлено значительное влияние на прочность металлов расклинивающего действия адсорбированных пленок жидкостей в поверхностных трещинах металлов (эффект Ребиндера). Молекулы некоторых адсорбированных на поверхности веществ обладают высокой активностью. Распространяясь по поверхности, они попадают в микротрещины, в глубине которых производят сильное расклинивающее действие, равноценное действию дополнительно приложенного к телу растягивающего усилия. Следствием такого дополнительного воздействия на металл является снижение его прочности, облегчение деформации. Чем щель уже, тем сильнее расклинивающее действие адсорбированных пленок (ширина щели не более 0,1 мкм). [c.52]

Поверхностные покрытия применяют ограниченно главным образом для деталей с малым сроком службы (и, как правило, одноразового действия). Циклы нагрева и охлаждения из-за различий коэффициента линейного расширения основного металла и покрытия приводят к отслаиванию покрытия, развитию поверхностных трещин и потере защитных свойств покрытия. [c.534]

Прочность деталей. Качество поверхности в значительной мере влияет на прочность деталей, особенно при переменных нагрузках. Концентрация напряжений, вызывающая разрушение детали, происходит вследствие неровностей ее поверхностей. [Высокая чистота поверхности, полученная в результате отделочных операций, значительно повышает усталостную прочность, так как чем меньше микронеровности, тем меньше возможность появления поверхностных трещин от усталости металла. [c.84]

В свете накопленных данных возникло предположение [3, 30], что в основе механизма КРН лежит не электрохимическое растворение металла, а ослабление когезионных связей между поверхностными атомами металла вследствие адсорбции компонентов среды. Этот механизм был назван адсорбционным. Так как хемосорбция специфична, разрушающие компоненты среды также обладают специфичностью. С уменьшением поверхностной энергии металла увеличивается тенденция к образованию трещин при растягивающих напряжениях. Следовательно, этот механизм соответствует критерию образования трещин на стекле и других хрупких твердых телах — так называемому критерию Гриффитса, согласно которому энергия деформации напряженного твердого тела должна превышать энергию общей увеличившейся поверхности, образованной зарождающейся трещиной [31 ]. Любая адсорбция, снижающая поверхностную энергию, должна способствовать образованию трещин, однако вода, адсорбированная на стекле, снижает напряжение, необходимое для растрескивания. [c.140]

В сварных соединениях и основном металле конструкции не допускается наличия трещин любых видов и направлений. Поверхностные трещины в основном металле глубиной не более 10% толщины стенки конструкции удаляют шлифованием с последующим контролем дефектной области с помощью цветной 6 [c.163]

Приборы ВД-40Н и ВД-41Н имеют накладные преобразователи, вращающиеся вокруг объекта. Они предназначены для контроля изделий из сталей и цветных металлов. Дефектоскопы с проходной системой ИПП- 1М, ИИД-1 имеют повышенную чувствительность и обнаруживают поверхностные трещины глубиной до 0,05 мм и длиной до 2 мм. [c.200]

Во втором случае поверхность заготовки имеет низкую высоту микронеровностей, но в связи с высокой скоростью охлаждения и отсутствием податливости формы в поверхностном слое металла создаются остаточные напряжения растяжения. Последние могут привести к короблению отливки и трещинам. Иногда остаточные напряжения выявляются не сразу, а при последующей механической обработке. Съем слоя металла с поверхности нарушает равновесие напряжений и приводит к деформации готовой детали. [c.25]

Полученные на отдельных операциях дефекты, например, микротрещины, также могут развиваться или залечиваться на последующих операциях. Влияние черновых операций на показатели качества готового изделия проанализировано в работе [226], в которой показано, что после обточки и закалки заготовки при последующем шлифовании круг создает на участках микровыступов шероховатой поверхности тепловые удары, вызывающие мгновенный нагрев и структурные изменения поверхностного слоя металла. При чистовых режимах шлифования на участках обработанной поверхности, расположенных под выступами неровностей, возникают зоны отпущенного металла пониженной твердости, а при черновых — зоны твердого металла, претерпевшего вторичную закалку. В обоих случаях на границах разных структур развиваются значительные остаточные напряжения, снижающие долговечность деталей, а иногда вызывающие появление шлифовочных трещин. При шлифовании с охлаждением влияние тепловых ударов ослабевает. [c.471]

Действующие в циклах очистки силы воздействуют не только на отложения золы и оксидную пленку, они могут вызывать и некоторые повреждения поверхностного слоя металла труб. К таким силовым воздействиям, например, относятся термические напряжения в стенке трубы в циклах водной очистки поверхности нагрева, являющиеся источником образования термоусталостных трещин в поверхностном слое металла. Глубина таких трещин, как и глубина износа труб, является фактором, определяющим ресурс работы труб. Характерной особенностью развития термоусталостных трещин в поверхностном слое металла является то, что их рост при увеличении количества теплосмен протекает с затухающей скоростью, т. е. после определенного числа циклов водных очисток труб поверхностей нагрева прирост глубины термоусталостных трещин приближается к нулю. Таким образом, в поверхностном слое металла образуется сетка микротрещин определенной глубины, не представляющих опасности с точки зрения надежности работы труб поверхностей нагрева котлов. [c.8]

Ниже рассматриваются некоторые теоретические положения и результаты экспериментального исследования образования термоусталостных трещин в поверхностном слое металла труб при -использова-. [c.236]

Из представленной теоретической схемы вытекает, что главным фактором в процессе термоциклического разрушения материала (образование термоусталостных трещин в поверхностном слое металла) является пластическая деформация. При этом необходимо 236 [c.236]

С учетом изложенного первый период, т. е. период аккумуляции термоусталостных трещин в поверхностном слое металла имеет скорее теоретический, чем практический интерес. Также нельзя гарантировать отсутствие на поверхности труб технологических или структурных дефектов, являющихся исходными источниками трещинообразования. Поэтому более актуальным является определение интенсивности распространения образовавшихся термоусталостных трещин. [c.240]

Детальное исследование состояния внешней поверхности, а также шлифов поверхностного слоя металла труб, работающих в поверхностях нагрева котла в условиях циклической водной очистки показывает, что поверхностные микродефекты можно разделить на две части — микродефекты в виде язв (поверхностные микродефекты, ширина которых приблизительно равна глубине или больше) и микродефекты в виде термоусталостных трещин, ширина которых существенно меньше глубины. [c.241]

При исчерпании первого (аккумуляционного) периода внешняя поверхность трубы при циклической водной очистке равномерно покрывается сеткой термоусталостных трещин как в поперечном, так и в продольном направлении. Наличие множества микротрещин является особенностью термической усталости поверхностного слоя металла в отличие от других усталостных явлений. [c.241]

Рис. 5.31.. Относительное количество термоусталостных трещин с глубиной, меньшей заданной величины на поверхностном слое металла 2,25% Сг, 1 % Мо при стационарной температуре 550 "С в условиях водной очистки [190]

Рис. 5.32. Зависимость глубины термоусталостных трещин на поверхностном слое металла от количества циклов водной очистки

Учитывая изложенное, зависимость глубины термоусталостных трещин на поверхностном слое металла от количества циклов водной очистки аппроксимируют выражением вида [182] [c.247]

Каждый цикл водной очистки поверхностен нагрева котла вызывает одновременно углубление термоусталостных трещин в поверхностном слое металла трубы и ускоряет коррозионно-эрозионный износ. Таким обр,азом, эти явления между собой тесно связаны и определены, главным образом, при прочих равных условиях, частотой очистки. Такое одновременное влияние цикла очистки на развитие термоусталостных трещин и износ вызыв-ает определенные трудности при разделении этих процессов. При наличии износа вершины трещин сдвигаются к наружной поверхности трубы, в зону более высоких термических напряжений. Поэтому износ приводит к увеличению абсолютной скорости распространения трещин, и в пределе, при скорости износа, близкой к скорости распространения трещины, они не возникают, а утонение стенки трубы определяется лишь закономерностями износа. Следовательно, с увеличением интенсивности износа глубина трещины, отсчитанной от изношенной поверхности, будет уменьшаться. [c.249]

Прежде всего чрезвычайно трудно осуществить отрыв покрытия одновременно во всех точках площади контакта. Если покрытие и металл находятся в твердом состоянии, то разрыв обычно начинается в точке, где локальное напряжение превышает локальную прочность [6]. Общеизвестно, что даже в случае обычного измерения прочности на разрыв однородных объемных образцов, наличие поверхностных трещин и других дефектов поверхности или структуры приводит к преждевременному разрушению образцов. В еще большей степени это должно иметь место при нарушении контакта между двумя разнородными телами (покрытием и защищаемым металлом). [c.38]

Исследованиями, результаты которых приведены в [32], установлено, что в этих зонах наблюдается разупрочнение поверхностных слоев металла, снижение микротвердости и наличие пор ползучести. В тепловых канавках обнаруживаются трещины малоцикловой усталости. В связи с этим рекомендуется проводить периодическое удаление поверхностного слоя толщиной 100—200 мкм в зонах концентрации напряжений, что значительно увеличивает ресурс ротора. [c.45]

Воздействие абразивной массы на деталь в процессе работы приводит к различным изменениям поверхностного слоя. Например, при разработке скального грунта на черпаках земснарядов в наиболее деформируемых местах образуются микроскопические трещины, которые при дальнейшем воздействии абразивной массы образовывали макротрещины [31]. Поверхностный слой металла, состоящий из многочисленных микро- и макротрещин, имеет более высокую микротвердость по сравнению с исходной. [c.15]

Трещины отделочные появляются в поверхностном слое металла, наклепанного при отделочных операциях. Они развиваются при работе деталей под нагрузкой (особенно при повышенной температуре). [c.9]

При обработке в режиме резания вместе с продуктами коррозии удаляется тонкий поверхностный слой металла в виде стружки скалывания. Очистка поверхности осуществляется в результате хрупкого разрушения слоя окалины при опережающем развитии трещин в окалине и сдвига частиц металла по плоскостям, где касательные напряжения превышают предел текучести. На рис. 115, б показана поверхность образцов, обработанных щетками в режиме резания. Видны канавки, прорезанные в металле режущей кромкой проволочки. Микрорезание характеризуется меньшей степенью упрочнения поверхностного слоя, чем обработка в режиме наклепа. [c.254]

Учитывая результаты микроструктурного исследования и данные механических испытаний (см. табл. 1), а также то, что усталостная прочность в основном определяется состоянием поверхностного слоя металла, можем полагать, что существуют по крайней мере две причины повышения предела выносливости и циклической трещино-стойкости после индукционной закалки 1) повышение всех прочностных свойств поверхностного слоя за счет образования в нем структур закалки в условиях возможности протекания пластической деформации и исключения тем самым закалочных трещин и 2) возникновение системы остаточных напряжений, исключительно благоприятно распределенных по сечению поверхностно закаленных образцов. [c.180]

Основной возможный соперник металла — стекло. Оно не ржавеет, Хрупкость стекла не является результатом его молекулярной структуры, она вызывается наличием поверхностных трещин. [c.94]

При этом принятые допущения имеют разумное физическое объяснение. Известно, что в поверхностных слоях металла зарождение скользяЩ Их дислокаций значительно облегчено по сравнению с глубинными слоями. Феноменологически это явление связано со снижением напряжения микротекучести материала в поверхностных слоях образца [1, 190]. В результате при весьма низких нагрузках может зародиться микротрещина, размер которой соответствует размеру поверхностного слоя [191]. В то же время при образовании трещины длиной 1° сопротивление пластическому деформированию в окрестности ее вершины увеличивается (деформирование происходит не у свободной поверхности) и дальнейший рост трещины возможен только при нагрузках, приводящих к обратимой пластической деформации материала (строго говоря, к процессам микротекучести) в объеме, большем чем размер зерна, т. е. при А/С > > AKth. [c.220]

Задачей визуального входного контроля основного металла, полуфабрикатов и заготовок является выявление участков с поверхностными трещинами, расслоениями, закатами, вмятинами, раковинами и другими несплошно-стями, вызванными технологией изготовления или транспортировкой, а также подтверждение правильности маркировки. Последующий измерительный контроль является подтверждением их геометрических размеров и выявляет размеры поверхностных дефектов. Если полуфабрикат имеет сварные швы (например, прямошовные и спиральношовные трубы), то контролю тюдлежит не менее 10% длины шва. [c.141]

В то же время тепловой эффект от резания металла вызывает появление остаточных растягиваю[цих напряжений. Так как оба фактора действуют совместно и одновременно, то знак результирующего остаточного напряжения в поверхностном слое металла зависит от того, какой из факторов превалирует. Заметим, что величина остаточных напряжений может превосходить и предел текучести для одноосного напряженного состояния. Благоприятными остаточными напряжениями на поверхности с точки зрения прочности и износостойкости являются сжимающие, а растягивающие нагфяжения способствуют росту гю-верхностных трещин, дефектов и поверхностному разру1лению (изнашиванию) материала [32]. [c.50]

Имеющие место в циклах водной очистки поверхностей нагрева котла резкие изменения температуры поверхностного слоя металла труб при определенных условиях могут вызывать появление термоусталостных трещин. Глубина таких трещин, как и глубища коррозионно-эрозионного износа труб, является фактором, определяющим ресурс работы металла поверхности нагрева котла. В зависимости от коррозионной активности золы сжигаемого топ- [c.235]

Большое влияние на образование термоусталостных трещин оказывает и неоднородная структура, разнородные дефекты и другие подобные явления в поверхностном слое металла. Необходимо учитывать и то, что при резких охлаждениях возникают дополнительно в большом количестве ранзотипные дефекты в металле, которые могут перемещаться, соединяться и т. д. Такие скопления дефектов являются местными концентраторами напряжений, приводящих к ускоренному образованию трещин и пор. Зарождение пор происходит по границам зерен из-за локализации там пластической деформации. [c.237]

В настоящее время имеется относительно мало экспериментальных данных для определения количества циклов охлаждения-до появления первых термоусталостных трещин в поверхностном слое металла применительно к условиям водной очистки поверхностей нагрева котла. В эксплуатационных условиях появление первых термоусталостных трещин глубиной 0,08—0,10 мм в поверхностном слое трубы из сталей 12Х1МФ (0 42X4,5 мм) ш 12Х2МФСР (0 42 x 4,0 мм) зафиксировано после 50 циклов очистки при температуре наружной поверхности трубы 370—400 °С [182]. Трубы очищались с периодом то=56 ч, а максимальный. перепад температуры на их внещней поверхности не превышал 150 К (в среднем 120—130 К). [c.239]

На рис. 5.29 показаны типичные виды термоусталостных трещин и язв в поверхностном слое металла экранной трубы из стали 12Х1МФ, работающей в топке в условиях водной очистки. [c.241]

Термоусталостные трещины в поверхностном слое металла характеризуются глубиной а и половиной длины Ь по внешней поверхности. В начальной стадии развития, когда глубина трещин, не превышает 0,1 мм, глубина а намного меньше половинной длины - Ь. По мере углубления трещин отношение а/Ь стремится к 0,5 [190]. По данным [193], отношение а/Ь в пятне охлаждения стали 12Х1МФ при стационарной температуре металла 500°С и при А м=250—280 К изменяется в пределах от 0,1 до 0,9. [c.241]

На рис. 5.32 приведена обобщенная зависимость глубины термоусталостных трещин на поверхности труб из перлитных сталей 12Х1МФ и 12Х2МФСР от количества циклов водных очисток топочных экранов в промышленных условиях. На этом рисунке кроме данных Таллинского политехнического института нанесены и результаты измерения глубины трещин в экранных трубах котла П-59 Рязанской ГРЭС [178]. На график нанесены глубины трещин в поверхностном слое металла как на гладкотрубных, так и на цельносварных мембранных экранах. Температура наружной поверхности всех типов экранов составляла 350—460°С, а пере-цад температуры (средний) в циклах очистки для гладкотрубных экранов- 100—130 °С. Что касается условий очистки цельносварных мембранных экранов, то здесь, в зависимости от режима очистки, средние перепады температуры на внешней поверхности трубы изменялись от 60 до 180 К- [c.246]

Из представленных данных следует наиболее важная особенность царастания глубины термоусталостных трещин в поверхностном слое металла при циклическом резком охлаждении, а именно, их распространение в глубь металла с затухающей со временем скоростью. Представленная на рис. 5.32 зависимость глубины трещин от количества циклов очистки, составленная на основе промышленных исследований трещинообразований на экранных трубах паровых котлов, с качественной стороны согла-246 [c.246]

Отметим, что формулы (5.30) и (5.33) лишь приближенно и полуэмпирически описывают развитие глубины термоусталостных трещин в поверхностном слое металла при резком охлаждении. [c.248]

Направления прозвучивания выбирают, исходя прежде всего из соображений обеспечения надежного обнаружения характерных для данного изделия реальных дефектов. Для этого на основании анализа чертежей и технологии изготовления с определенной вероятностью устанавливают преимуш.ественные координаты, ориентацию, размеры, форму дефектов, которые могут образоваться в готовом изделии. Такой анализ позволяет выявить слабые места конструкции, на которые при контроле следует обратить особое внимание. Например, в сварных сосудах это места пересечений продольных и кольцевых швов, подверженных знакопеременным нагрузкам в цилиндрических поковках, роторах — центральная зона с концентрацией неметаллических включени й в изделиях с плакирующим слоем — зона сплавления основного и наплавленного металла с возмол<ными отслоениями в изделиях слон ной формы — галтельные переходы, выточки, пазы, где возможно возникновение поверхностных трещин, и т. д. Для некоторых дефектов преимущественные координаты и ориентация пол- [c.213]

Вообще говоря, поле напряжений у вершины трещины в анизотропной пластине включает составляющие Ki п Ки- Однако в настоящее время испытания проводят, как правило, при ориентациях, исключающих одну из этих составляющих это прежде всего относится к ортотропным материалам, которые ориентируют таким образом, чтобы нагрузка была параллельна одной главной оси, а трещина—другой. В таких условиях значительная анизотропия, свойственная некоторым композитам, может привести к явлениям, не наблюдающимся у обычных металлов. Так, при растяжении образцов с направленным расположением упрочнителя часто наблюдают продольное расщепление (рис, 8). Его может и не быть, если поперечная и сдвиговая прочности достаточно высоки [5] тем не менее, этот возможный тип разрушения материалов необходимо учитывать. Кроме того, приложение одноосных растягивающих напряжений к образцу с поперечным расположением слоев приводит к появлению локальных межслоевых напряжений т,2у и нормальных напряжений Ozzt перпендикулярных плоскости образца [35], что показано на рис. 9. Ориентация и значения величин Он и Тгу зависят от порядка укладки слоев, упругих постоянных каждого слоя и величины продольной деформации. Значительные межслоевые растягивающие а г. и сдвиговые х у напряжения могут привести к расслаиванию [11, 35], которое опять-таки является особенностью анизотропных слоистых материалов. Последний пример относится к поведению материала с поверхностными трещинами. В изотропных материалах трещина распространяется, как правило, в своей исходной плоскости (рис. 10, а). У слоистых материалов прочность связи между слоями обычно мала, и они обнаруживают тенденцию к расслаиванию по глубинным плоскостям (рис. 10,6). Три этих простых примера приведены здесь, чтобы проиллюстрировать некоторые из различий между гомогенными изотропными материала- [c.276]

Исследование распространения поверхностных трещин при циклических нагружениях / Новожилов В. В., Рыбакина О. Г.— В кн. Механическая усталость металлов Материалы VI Междунар. коллоквиума. Киев Наук, думка, 1983, с. 231—239. [c.430]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...