Металлы (стр. 2 из 4)

Другой причиной образования трещин является наличие в изделии концентраторов напряжений (резкое изменение сечения изделия или местный вырезки, углубления).

Трещины – не исправимый дефект. Для предупреждения их образования существует методика. При конструировании изделий надо избегать резких выступов, заостренных углов, резких переходов от толстых сечений к тонким. Закалка деталей должна производится с более низких температур для деталей, прокаливающихся полностью; а медленное охлаждение в мартенситном интервале температур достигается ступенчатой закалкой. Должна производится изотермическая закалка сразу же после закалки деталей.

При достаточно высоких напряжениях процесс деформации заканчивается разрушением. Разрушение состоит из двух стадий: заграждение трещины и ее распространение через все сечения образца (изделия).

Возникновение микро трещины чаще всего происходит благодаря скоплению движущихся дислокаций перед препятствием (границы суп зерен, зерен всевозможные включения), что приводит концентрации напряжений достаточных для образования микро трещины.

В результате взаимодействия дислокаций кристаллической решетки возможны образования трещины. Разрушение может быть хрупким и вязким. Вязкое разрушение, вязкая трещина происходит со значительной пластической деформацией. Вязкое разрушение обусловлено малой скоростью распространения трещины. Скорость распространения хрупкой трещины велика, близка к скорости звука. Поэтому ни редко хрупкое разрушение называю «внезапным» или «катастрофическим» разрушением. Вязкому разрушению соответствует большая работа распространения трещины.

По виду микроструктуры разрушения встречаются транскристаллитные и интеркристаллитные. При траскристаллитном разрушении трещины распространяются по телу зерна, а при интеркристаллитном она проходи по границам зерна. При распространении трещины по телу зерна происходит вязкое разрушение. По внешнему виду излома можно судить о характере разрушения. Волокнистый излом свидетельствует о вязком разрушении. Вязкое разрушение характеризуется «чашечным» разрушением вязкой трещины.

Хрупкое разрушение происходит при напряжениях, лежащих в упругой области, без макропластической информации. Очагом хрупкого разрушения являются микро трещины или те же дефекты, возникающие в процессе эксплуатации. Поэтому надежность конструкции определяется в основном сопротивлением металла распространению уже имеющейся опасной вязкой трещиной разрушения, а не ее зарождением.

Явления, которые происходят у устья трещины описываются с помощью параметра К. Который представляет собой коэфициет интенсивности в вершине трещины, или локальное повышение растягивающих напряжений у конца трещины: К=Y

н с, где Y – безразмерный коэффициент, зависящий от типа образца и трещины. Если высвобождающаяся при разрушении удельная упругая энергия достигает критического уровня, трещина будет расти самопроизвольно. Силовое условие начало самопроизвольного разрушения – достижение параметрам К. Чаще всего К определяют в условиях плоского деформированного состояния, когда разрушение происходит путем отрыва – перпендикулярно плоскости трещины. В этом случае коэфицинт интенсивности напряжения то есть относительное повышение растягивающих напряжений в устье трещина при переходе ее от стабильной к не стабильной стадии роста называют вязкостью разрушения при плоской деформации. Значение параметра позволяет ввести вращает конструкции характеристику трещиностойкости материала, определяющую соотношение критических значений действующего напряжения и размера дефекта. С увеличением номинально напряжения значение параметра уменьшается. Важно что параметр К является структурно чувствительной характеристикой сопротивление металла разрушению.

Динамические испытания на ударный изгиб выявляют склонность металла к разрушению. Метод основан на разрушении образца с концентратором напряжения по середине одним ударом маятникового копра. По шкале копра полную работу, затраченную при ударе.

Под ударной вязкостью понимают работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца вместе концентратора напряжения. Ударная вязкость является интегральной характеристикой, содержащей работу зарождения трещины и работу распространения вязкой трещины. Склонность к разрушению трещины в первую очередь определяется работой распространения трещины. Чем больше работа распространения вязкой трещины, тем меньше возможность внезапного хрупкого разрушения. В настоящее время существует ряд методов раздельного определения работы зарождения трещины и работы распространения вязкой трещины.

Многие металлы, имеющие кристаллические решетки в зависимости от температуры могут разрушаться вязко. Понижение температуры обуславливает переход от вязкого к хрупкому разрушению. Это явление получило название хладноломкости.

Температура перехода металла от вязкого разрушения к хрупкому получила название критической температуры хрупкости (порог хладноломкости). Зная порог хладноломкости и рабочую температуру эксплуатации материала, можно оценить его температурный запас вязкости.

Запас вязкости – это интервал температур между порогом хладноломкости и рабочей температурой. Чем больше температурный запас вязкости, тем меньше опасность хрупкого разрушения.

Порог хладноломкости определяют при испытании ударным изгибом надрезанных образцом для разных температур и строят кривую в зависимости ударной вязкости от температуры испытания. Хрупкий и вязкий характер разрушения при ударном изгибе для стали можно различить по виду излома. Порог хладноломкости определяют по проценту волокна матовой, волокнистой составляющей в изломе. За порог хладноломкости принимается температура, при которой имеется 50% волокна. Порог хладноломкости не является постоянной материала, а зависит от его структуры, условий испытания наличия концентраторов напряжения. Чем выше прочность номинального напряжения, тем выше порог хладноломкости.

Разрушение металла под действие повторный или знакопеременных напряжений называют усталостью металла. Трещина чаще всего возникает на поверхности. Сопротивление металла характеризуется наибольшим напряжением, которое может выдержать металл без разрушения за большое число циклов.

Для определения приделов выносливости испытывают не менее 10 образцов. Начиная с первого образца и до последующего, каждый раз снижают или повышают на 20 или 40 МПа в зависимости от числа циклов, вызывающих разрушение первого образца. Результаты испытаний наносят на диаграмму в зависимости напряжения от числа циклов и определяют, сломался образец или нет. Предел выносливости резко снижается при наличии концентраторов напряжении.

С увеличением размера образца предел выносливости уменьшается. Чем тщательнее обработана поверхность образца (детали), тем выше придел выносливости. Сильно понижает придел выносливости карозия.

При изучении механизма и кинетики разрушения анализ излома с помощью фактографии дает возможность определять характер разрушения (хрупкое, вязкое, внутрезеренное) и относительную скорость процесса, а также изменение этих характеристик по мере развития трещины.

При изучении излома можно выявить зоны, где наиболее не благоприятно сочиталить условия нагружения, что нельзя выявить другими методиками. А так же получить сведения о том, как протекал процесс разрушения. Поэтому в настоящее время для фактографии используют электронные микроскопы.

Для изучения атомнокристаллической структуры твердых тел применяют рентгенографические методы исследования. Рентгеноструктурный анализ позволяет определять степень совершенства кристаллов, величину микро напряжений, а так же дает возможность изучать те структурные изменения, которые происходят при пластической деформации и концентрации дефектов.

Образование вязкой трещины связано с реальным строением металлов – наличием различноорентированных зерен, микропор, дислокаций и других дефектов кристаллической решетки. В этих условиях при ракетной средней величине напряжений, не превышающей значение придела упругости, фактические напряжения в металле распределяются не равномерно.

Трещины являются сильными концентраторами напряжений и из них образуется микротрещены, далее соединяющиеся в общую трещину, постепенно распространяющуюся на сечение. Разрушение происходит в результате возрастания напряжения в оставшейся зоне сечения. В отдельных перенапряженных зернах происходит пластическая деформация.

Свойства стали определяются размером действительного зерна. Увлечение его размеров сравнительно мало влияет на предел прочности, но резко снижает вязкость и повышает критическую температуру хрупкости. Следовательно, перегретая сталь с крупным зерном имеет пониженные механические свойства, особенно пластичность и вязкость, т. е. склонна к хрупкому разрушению.

Различные способы магнитного анализа используют при исследовании процессов, связных с переходом из парамагнитного состояния в ферромагнитное. Магнитный анализ широко применяют при решении задач, исследовании влияния на структуру режимов термической обработке деформации.

Метод внутреннего трения основан на изучении необратимых потерь энергии механических колебаний внутри твердого тела. Используя этот метод, можно осуществить расчеты коэффициентов диффузии с высокой точностью, в том числе и при низких температурах, где никакой другой метод не применим, определять изменение твердых растворов, получать информацию определения вязкой трещины по измерениям мезогеометрии излома.