Файл: Синергетика и усталостное разрушение металлов..pdf

Таблица 6

Сопоставление значений К\сдля стали,определенных в условиях максимального упругопластического стеснения при статическом нагружении (^||)с, со значения*

ми (ф ц,рассчитанными по параметрул,сиспользованием соотношения (42)

усталостной трещины. Вточке бифуркации, как уже отмечалось, происхо­ дит смена микромеханизма разрушения или типа неустойчивости, пере­

24

микроотрыва в зоне скачкообразного продвижения трещины по всему фронту. Эта доля зависит от исходной структуры материала,Вконечном итоге при разрушении микроотрывом существует различие: для сплавов

на одной и той же основе при Ki=Kjq скорость роста трещины зави­

сит от структуры через параметр п, являющийся, таким образом, пока­ зателем чувствительности структуры к трещине [38],

Исследования [38, 27] связи между пороговыми значениями К^, отве­ чающие смене микромеханизма разрушения (т.е. отвечающие K\q и пара­ метру и), показали, что эта связь для сплавов на одной и той же основе может быть охарактеризована лучевой диаграммой, как показано на рис.6,а-вдля стали,сплавов титана и сплавов алюминия.

На этой диаграмме значение п = лт1п = 2 характеризует нижнюю, а

п = ишвх ~ верхнюю границы реализации разрушения отрывом, контроли­ руемым Кг, Значения и = 4 определяют вязкохрупкий переход по пара­ метру скорости роста трещины. Вданном случае вязкохрупкий переход определяется не по критической температуре, а по критической скорости роста трещины. Значение п= 4 характеризует переход от высокоэнергоем­ ких диссипативных структур к низкоэнергоемким. Значение п = пс харак­

нения пластической деформации (ф - максимальное значение АХдля старта трещины по механизму отрыва,реализуемое в различных условиях).

Пороговые значения и Л10 характеризуют границы автомодель­ ности при квазиупругом поведении трещины. Экстремальные границы авто­ модельности К\о и К\с определяются из условия

На диаграмме значениюд™ах отвечает луч К*при 2 < п <4. Значение

ношении,связывающемKlq с п [38]:

K\q ~ ^JaX[(ишах—л)/(итах—2)1

при^л = 2 и лтах= 6,8 и 9 для стали, сплавов титана и сплавов алюминия

соответственно. На диаграмме цифрами указаны значения К1с, отвечающие границам автомодельности при различных пи А^ах при nL= const.

Приведенные диаграммы,таким образом,содержат важную информацию по фундаментальным механическим свойствам сплавов в точках бифур­ каций, контролирующих разрушение отрывом. Наличие связи между Kiq и ппозволяет по данным испытаний на циклическую трещиностойкость определять К1с по параметру и, определенному в автомодельных условиях, Втабл. 6 приведено сопоставление значений К^с, определенных

экспериментально, в условиях подобия локального разрушения (макси-

25

п

8

7

6

5

Н

3

2

Рис.б.Лучевая п-К^-диаграммадля стали (а),Ti(б) и А1(в) Точки —экспериментальныеданны

мального упругопластического стеснения) при статическом нагружении с К^, рассчитанным по соотношению (42).

Можно видеть, что наблюдается удовлетворительное соответствие между

ра Kfc к внешним условиям нагружения в подобных точках бифуркаций

26

и возможность учета этого влияния с помощью коэффициента подобия Дх,. Также было сопоставлено расчетное значение K\qi отвечающее лучам

К^с и Kfc (см. рис. 6, а-в), с экспериментальными значениями

К1с, определенными в условиях подобия локального разрушения. Эти данные подтверждают наличие универсальной связи между пороговыми значениями Kiq и п.

Таким образом, рассмотрение пластической деформации и разрушения как неравновесных фазовых переходов, протекающих вдали от термоди­ намического равновесия, при которых движущей силой процесса является стремление системы к локальному уменьшению энтропии, принципиально изменяет методологические подходы к определению механических свойств и упрощает методы прогнозирования работоспособности материалов с трещиной.

При традиционном методе оценки механических свойств определяются свойства, чувствительные к условиям нагружения, масштабному фактору и т.п., что затрудняет выделение фундаментальных свойств материала.

Если деформируемое тело рассматривать как открытую систему, обме­ нивающуюся энергией и веществом с внешней средой,и за пороглокальной неустойчивости ее принять достижение сильно возбужденного состояния, то разрушение следует рассматривать как самоорганизующийся неравно­ весный фазовый переход в точках бифуркаций. Вэтом случае все крити­

ческие параметры,ответственные за данное механическое свойство,взаимо­ связаны между собой, а механические свойства, определяемые в точках бифуркаций,имеют фундаментальное значение.

27

УДК539.375=539.376:539.4

ЯВЛЕНИЕ СТРУКТУРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

АНАЛОГИИ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОГОРАЗРУШЕНИЯ ИПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИСПЛАВОВ

В.Е.Панин, Щ.В.Федоров, Р.В.Ромашов, - С,ВХачатурьян,В.Я,Коршунов

Вработе [1] обосновывается существование в кристаллах принципи­ ально новых состояний —атом-вакансионных, которые возникают в объе­ мах кристалла с сильными смещениями атомов из узлов решетки и яв­ ляются диссипативными.

Вреальных условиях существует много способов создания в кристал­ лах атом-вакансионных состояний путем приложения к кристаллу раз­ личных полей воздействия (механических, тепловых, электрических, радиационных и др.). Однако суть этих воздействий во всех случаях одна и та же: в кристалл закачивается избыточная энергия, которая аккуму­ лируется в виде :возбужденных атом-вакансионных состояний.

Кристалл в атом-вакансионном состоянии является неравновесной системой, Переход кристалла из возбужденного состояния в нормаль­

ное может происходить (в зависимости от условий) путем распада на смесь кристаллической и аморфной фаз, испускания потоков точечных

29