|
| |
|
Слаботочка Книги
значительной пластической деформации, возникающей- как на поверхности, так и в глубине, поверхность разрушения волокнистая. При отсутствии пластической деформации или крайне малом ее значении поверхность излома кристаллическая. К вязким разрушениям относят такие, поверхность которых имеет полностью волокнистый излом. К хрупким разрушениям относят разрушения с кристаллической поверхностью- излома. Промежуточное положение занимают полухрупкие разрушения, у которых часть поверхности имеет кристаллический, а часть поверхности - волокнистый излом. Понижение температуры, увеличение скорости нагружения, увеличение концентрации напряжений способствуют переходу от вязких форм разрушения к хрупким. Высокая работоспособность многих деталей машин, сварных соединений и элсхментов сварных конструкций при пониженных температурах решающим образом зависит от их способности сопротивляться хрупким разрушениям. Следует, однако, отметить, чго для многих материалов даже комнатные температуры могут быть областью их хрупкого поведения и лишь при повышенных температурах разрушения становятся вязкими. Рассмотрим основные методы оценки свойств металлов при изменении температуры в связи с возможным их охрупчиванием. Наиболее распространенным и простым методом оценки изменения cBoHfCTB является испытание на ударную вязкость. При этом испытании выявляется как абсолютный уровень ударной работы разрушения йц, который довольно сильно зависит от типа и остроты надреза, так и характер разрушения - вязкий или хрупкий (рис. 5.4). Чем острее надрез, крупнее зерно, больше размеры образца и выше скорость нагружения, тем правее и ниже располагается кривая Так же смещается и кривая В. Принято определять так называемую первую критическую температуру Гкр,, при которой площадь волокнистого излома составляет 50 %. Для деталей, в которых возможно присутствие трещин или других трещиноподобных дефектов, проводят сериальные испытания * Рис. 5 4 Характер изменения доли площади с волокнистым изломом В (%), работы разрушения «„. предела текучести и среднего разрушающего напряжения ojp р в зависимости от температуры испытания для низкопрочных сталей * Сериальные испытания предусматривают определение свойств металла или сварных соединений в некотором интервале изменения какого-либо параметра с достаточно мелким шагом его изменения, сериальные температурные испытания проводят обычно с шагом ДГ = 5 - 15 °С, чтобы получить плавную кривую изменения исследуемой характеристики. образцов металла для определения Kic (Кс)< Gic (Gc) или б. Характер изменения кривых Kic, Gjc, сходен с кривой на рис. 5.4. По расположению экспериментальных точек судят о безопасных уровнях напряжений и области температур эксплуатации. Для конкретных деталей или узлов может быть путем испытаний определена так называемая вторая критическая температура Гкрз (рис. 5.4), при которой среднее разрушающее напряжение образца или конкретной детали ар.р становится равным пределу текучести металла при этой температуре. Величина Тр, может быть различной в зависимости от коэффициента концентрации напряжений в детали, характера приложения нагрузок, среды, наличия собственных напряжений. В некоторых случаях Ткр, > > Ткр,, например, при расположении концентраторов напряжений в зонах пониженной вязкости металла (в местах закалки при сварке, деформационного старения металла, плохой защиты). Разрушение при Оср.р От может произойти в пределах хрупкой зоны при температуре, при которой трещина в основном металле может распространяться дальше, только как вязкая. В связи с возможностью распространения трещин в металле на значительные расстояния, что важно для таких конструкций, как трубопроводы, корпуса кораблей, определяют также удельную работу динамического (быстрого) распространения трещины С.д в листовом металле. Обычно для этих целей используют крупные образцы, позволяющие, во-первых, образоваться у острия трещины такому размеру зоны пластических деформаций, который характерен для реальной конструкции, и, во-вторых, подвести значительную энергию к концу трещины, чтобы имитировать условия разрушения конструкции с большой накопленной потенциальной энергией. Характер кривой С.д при этом сходен с Сн на рис. 5.4, но кривая Се.д располагается заметно правее. При этих испытаниях одновременно можно получить результаты для построения кривой В. Существуют специальные методы для определения температур торможения движущихся трещин (при более низких температурах в ответственных конструкциях металл применять нельзя). В частности, метод Робертсона предусматривает испытание листовых образцов (рис. 5.5, а) относительно большой ширины (несколько сотен миллиметров) с натуральной толщиной металла s. Перед разрушением образец с одной стороны подогревается, а с другой - охлаждается. Различные образцы испытывают при различных напряжениях. К образцу вначале прикладьшают растягивающее напряжение а, а затем наносят удар для создания движущейся трещины. В некоторой зоне с известной температурой трещина останавливается. Простейшая обработка результатов испытания состоит в построении диаграмм, показанных на рис. 5.5, б. Точки соответствуют температуре остановки трещины. Ломаные линии делят область графика на две зоны. В левой верхней части рисунка находится область температур и уровней напряжений, где трещина распространяется. При более низких напряжениях или более высоких температурах трещина останавливается. Естественно, что эти результаты справедливы лишь для элементов конструкций, близких по размерам и энергоемкости к испытываемым образцам. При значительной накопленной энергии трещины могут распространяться и в области более высоких температур. Так как фронт трещины не является прямолинейным (рис. 5.5, в), то имеется некоторая неопределенность в определении температуры остановки  б,МПа\- 200 180 160 120 100 80 60 40 Трещина распространяется  tTJ- Г о -• - Трещина -! останавливается 60 -20 0 +, " 0 +20 T/C  Рис. 5.5. Испытания по Т. Робертсону: а - образец (/ - место нагрева, 2 - м»ст(\ охлаждения, 3 - место нанесення удара); б - результаты испытаний для трех различных сталей, в - характер излома трещины. Поэтому применяют другую обработку результатов. Имеется участок совершенно хрупкого излома (косая штриховка), затем появляются зоны сдвига (прямая штриховка), которые увеличивают свою ширину по мере перехода в область более высоких температур. При температуре выше Ts хрупкие участки исчезают полностью. В средней по толищне части листа трещина проходит до точки Гтр. Оценку можно производить по температуре Го 5 (при ширине зоны сдвига 0,5 мм) и по температуре (точки окончания зоны хрупкого излома). 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 [53] 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 |