Образование шейки при растяжении

Вязкое разрушение

Критическая длина трещины

Хрупкое разрушение

Хрупкое разрушение характеризуется очень быстрым ростом трещины, причем это происходит без повышения действующих напряжений, т.е. для развития хрупкого разрушения не требуется подводить энергию извне, а достаточно запасенной упругой энергии разрушающейся конструкции. Для стали скорость роста трещины достигает 2500 м/с.

Если в пластине, находящейся под действием растягивающих напряжений s, развивается перпендикулярная оси растяжения трещина длиной l_тр, упругая энергия пластины уменьшается и одновременно затрачивается работа на создание двух свободных поверхностей – стенок трещины. Результирующее изменение энергии пластины зависит от соотношения вкладов этих двух составляющих разного знака.

Многие детали могут длительно работать при наличии трещин, но не более определенного размера. Критическая длина опасных трещин определяет границу резкого снижения прочности и хрупкого разрушения детали. Начиная с некоторой критической длины lкр, при раскрытии трещины уменьшение запасенной упругой энергии перекрывает увеличение поверхностной энергии.

При превышении критической длины развитие трещины идет за счет запасенной энергии упругой деформации, не требуя увеличения растягивающей нагрузки.

Критическая длина трещины зависит от вязкости разрушения (трещиностойкости) стали, уровня остаточных напряжений, конструкции детали, температуры ее эксплуатации, скоростей приложения нагрузок.

В пластичных сталях при малых размерах деталей и трещин после достижения напряжением в вершине трещины значения, равного сопротивлению пластической деформации, возникающие деформации резко снижают уровень напряжений, и разрушение таких деталей становится вязким, сопровождаясь значительными пластическими деформациями. При больших трещинах предел текучести в вершине возрастает в 3¸5 раз, что ведет к хрупкому разрушению стали.

Вязкое разрушение характеризуется не только предшествующей ему большой пластической деформацией, но и медленным развитием трещины.

При растяжении цилиндрических образцов из пластичных металлов развивается локализация деформации в виде местного сужения – шейки, в которой и происходит вязкое разрушение.

У очень чистых металлов шейка может сужаться до точки. Образец разделяется на части срезом (скалыванием) (рис. а). Для вязкого разрушения промышленных металлов и сплавов более типичен излом «чашечка» – конус (рис. б).

Причина чашечного излома – большое количество микропустот, сливающихся в магистральную трещину, перпендикулярную оси растяжения. Происходит разрушение отрывом, формирующее дно чашечки. Последняя стадия пластического разрушения заключается в образовании конической части под углом 45° к первоначальному направлению трещины – разрушение срезом.

Рис. а. Разрушение образца на части срезом (скалыванием) (а). Для вязкого разрушения промышленных металлов и сплавов более типичен излом «чашечка» – конус (б).

Дата добавления: 2015-04-25