Файл: Школьник, Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла.pdf

4. Постепенная, «размазанная» передача усилий от

и точечной сварки в крайнем ряду при общем шахмат­ ном их расположении;

в) постановки промежуточных прокладок в местах прикрепления несущих конструктивных элементов;

г) снижения разности жесткости сопрягаемых эле­ ментов в зоне стыка путем изготовления, например, -фальшивых болтовых отверстий;

д) включения в конструкцию упругих элементов для снижения динамического эффекта и, что не менее важ­ но, гашения высокочастотных вибраций.

5. Разделение зон действия геометрических концен­ траторов напряжений за счет:

а) постановки с двух сторон листа уголков разных размеров, разделяющих зоны концентрации напряжений у сварных швов и создающих условия для наблюдения за трещинами;

б) замены одного широкого привалочного кронштей­ на несколькими более узкими, расположенными ступен­

прочности конструкции (статической, усталостной, хруп­ кой) при наличии трещины. В связи с этим большое зна­ чение приобретает нормирование предельной величины трещины, зависящее в свою очередь от скорости разви­ тия трещины. Последнюю стремятся снизить до уровня, обеспечивающего возможность дефектоскопирования в приемлемые интервалы времени без опасения непред­ виденного хрупкого долома. В конструкцию включают дополнительные элементы, начинающие работать в слу­ чае повреждения основных, а также оградительные эле­ менты, предотвращающие попадание в небезопасные ме­

193

конструкции. Уже на стадии проектирования следует предусмотреть эту возможность, а если это необходимо,

не уделяют внимания и считается, что дефектоскопия «должна приспособиться» к любой конструкции. В ряде случаев небольшие изменения в конструкции делают ее

НА СКОРОСТЬ РОСТА УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН

Влияние среды на прочность и деформируемость твердых тел характеризуется большим разнообразием форм, что объясняется многообразием физических, хи­ мических и комбинированных процессов, вызывающих эффекты взаимодействия со средой. Изменение механи­ ческих свойств твердого тела под влиянием среды обус­ ловлено как необратимыми (химическими и электрохи­ мическими), так и обратимыми (адсорбционными) про­ цессами.

Влияние поверхностно активной среды, вызывающей эффект адсорбционного понижения прочности, открытый

П.А. Ребиндером, может принимать следующие формы.

1.Пластифицирование — уменьшение предела теку­ чести, коэффициента упрочнения и ускорение ползуче­ сти. Явление обусловлено снижением поверхностного по­ тенциального барьера, оказывающего существенное вли­ яние на поведение дислокаций в приповерхностном слое деформируемого тела.

2.Резкое уменьшение прочности и возникновение ус­ ловий для хрупкого разрушения в связи с облегчением зарождения и роста трещин.

3.Проявление склонности к самопроизвольному дис­ пергированию на частицы коллоидных размеров (в пре­ дельном случае очень сильного снижения межфазпой поверхностной энергии).

•Интеркристаллитный характер разрушения при дей-

J94

ствии адсорбционно-активной среды определяется двумя факторами — избыточной энергией границ зерен и более быстрым распространением атомов среды вдоль границ (по сравнению с диффузией в объем зерна).

Адсорбционные, диффузионные и коррозионные фак­ торы могут снижать, повышать или не оказывать како­ го-либо влияния на усталостную прочность при наличии концентраторов напряжений. М. И. Чаевский [ПО] ука­ зывает, что возможны следующие случаи:

1) среда диффундирует в дефектный объем в верши­ не концентратора напряжения, разупрочняя металл;

2) среда, диффундируя и взаимодействуя с дефект­ ным объемом металла, образует защитный слой. При этом работоспособность образцов с концентраторами на­ пряжений повышается.

3) среда растворяет металл у дна концентратора. При этом уменьшение работоспособности образца с кон­ центратором напряжения произойдет только при боль­ шой базе испытания.

Лишь в последнее время начали исследовать влия­ ние среды на протекание различных стадий усталости. Рассмотрим влияние окружающей среды, температур­

образцов с концентраторами напряжений, повышенное содержание кислорода и паров воды, оказывая большое влияние на общую усталостную долговечность в целом,

195

Пары воды ускоряют скорость роста трещин в высо­ копрочных среднеуглеродистых сталях как при статиче­ ских, так и циклических нагрузках [56]. В атмосфере сухого азота и сухого аргона усталостная долговечность увеличивается до двух раз. Во влажном азоте она сни­ жается, но все же остается больше, чем на воздухе. Влияние воды и водорода на механизм роста трещин связывают с развитием водородной хрупкости.

Рис. 95. Кривые роста усталостных трещин в мягкоіі стали (а) при напря­

ских образцах из нержавеющей стали 316 [76]. Длину трещины определяли по уменьшению резонансной часто­ ты. Кривые зависимости скорости роста трещин от дав­ ления кислорода имеют ступенчатую форму, причем на­ ибольший скачок характерен для трещин "наименьшего размера (рис. 96). С увеличением длины трещины влия­ ние давления кислорода несколько ослабевает, однако увеличение длины трещины уже само по себе ускоряет темп ее роста.

При 500° С давление кислорода 0,61 Н/м2 (0,061 кГ/ /мм2) снижает долговечность и повышает скорость роста трещин почти в 100 раз по сравнению с вакуумом; при 800° С эффект менее значителен. С повышением темпе-

196

ратуры испытания более активно проходит процесс окис­ ления металла, что способствует образованию более толстой и прочной окисной пленки, препятствующей не­ посредственному действию кислорода. Поэтому при вы­ соких температурах может наблюдаться аномалия — ус­ талостная долговечность в окислительной среде будет выше, чем в вакууме. Скорость роста трещин весьма чувствительна к изменению давления кислорода в про­ цессе усталостных испыта­ ний. При увеличении или снижении давления кисло­ рода происходит резкое из­ менение скорости роста тре­ щин.

личением уровня интенсивности напряжений при всех исследованных температурах наблюдается рост статиче­ ских и коррозионно-усталостных трещин (рис. 97). В то время как в сухом воздухе средняя интенсивность напря­ жений цикла Km практически не влияет на скорость ро­ ста трещин (прямая вертикальная линия А на рис. 97), рост коррозионно-усталостных трещин существенно за­ висит ОТ Km-

В воде с температурой 25° С рост усталостных тре­ щин ускоряется в 10 раз по сравнению с ростом на воз­ духе. Повышение температуры с 5 до 75° С привело к увеличению скорости роста трещин при циклическом на­ гружении в 30, а при статическом — в 20 раз.

Скорость роста трещин увеличивается с повышением

197