Хрупкое и вязкое разрушение

Конструкционная прочность

Конструкционная прочность материала – комплексная характеристика, включающая сочетание конструкционных критериев: прочности, надежности, долговечности.

Критерии прочности. В качестве критериев прочности выбираются такие механические характеристики, получаемые при испытаниях, которые наиболее полно отражают прочность в условиях эксплуатации. Примеры критериев прочности:

временное сопротивление, s_в;

условный предел текучести, s_0,2;

предел упругости, σ_уп;

модуль упругости, E.

Критерии надежности. Надежность – свойство материала противостоять хрупкому разрушению.

Хрупкое разрушение особо опасно из-за большой скорости развития трещины при напряжениях, ниже расчетных. В условиях эксплуатации действуют факторы, увеличивающие опасность хрупкого разрушения: различные концентраторы напряжений (надрезы, макро и микротрещины), понижение температуры, динамические нагрузки, увеличение размеров деталей (масштабный фактор).

Примерами критериев надежности являются:

относительное удлинение после разрыва d;

относительное сужение после разрыва y;

ударная вязкость KCT, KCV, KCU;

вязкость разрушения K_1c;

температурный порог хладноломкости t₅₀.

Критерии долговечности. Долговечность – свойство материалов сопротивляться развитию постепенного разрушения (постепенного отказа), обеспечивая работоспособность деталей в течение заданного времени (ресурса). Причины постепенного отказа: усталость, изнашивание, ползучесть, коррозия, радиационное разбухание и др.

Эти процессы при эксплуатации вызывают постепенное накопление необратимых изменений в материале и его разрушение. Обеспечение долговечности материала означает уменьшение до требуемых значений скорости его разрушения. Для большинства деталей машин долговечность определяется:

пределом выносливости, s_-1;

сопротивлением материала усталостным разрушениям (циклической долговечностью),

сопротивлением изнашиванию (износостойкостью).

В табл. 1.1 приведены ориентировочные механические свойства важнейших металлов.

Таблица 1.1Механические свойства металлов

Металл	Символ	Предел прочности, σв, МПа	Относительное удлинение, 8, %	Твердость по Бринеллю, НВ
Алюминий	А1	80-110		20-37
Вольфрам	W		-
Железо	Fe	250-350	21-55
Кобальт	Со
Магний	Mg	170 210
Медь	Сu
Никель	Ni	400-500
Олово	Sn	20-40		5-10
Свинец	Pb			4 6
Титан	Ti	300 450	20-28
Цинк	Zn		5-20	30-42

Разрушение – процесс, включающий зарождение и развитие трещин. Разрушение может закончиться разделением тела на части.

Различают хрупкое разрушение, сопровождающееся минимальным поглощением энергии и малой предшествующей пластической деформацией, и вязкое (пластическое) разрушение, при котором материал обнаруживает значительную пластичность.

В общем случае при разрушении имеют место механизмы и пластического, и хрупкого разрушения. Их соотношение в значительной степени определяется температурой, при которой происходит разрушение. При комнатной температуре материалы условно разделяют на хрупкие (например, чугун) и пластичные (например, сталь) в зависимости от того, какой механизм разрушения преобладает.

Дата добавления: 2015-04-25