<<
>>

Область хрупкого разрушения

 

В п. 2.3 приведены экспериментальные данные, указывающие на встречное движение лидирующих микротрещин по отношению к хрупкой макротрещине.

С учетом этих фактов картина разрушения у вершины макротрещины или концентратора напряжений имеет вид, приведенный на рис. 3.28. Характеризуя процесс хрупкого разрушения, Нотт [51] ввел представление о характеристическом расстоянии X, соответствующем

Рис. 3.28.

Схематическое представление распределения напряжений и картины хрупкого разрушения у вершины макротрещины.

SK - локальное разрушающее напряжение

расстоянию от вершины макротрещины до места, где произошло зарождение хрупкой микротрещины транскристаллитного скола при растягивающем напряжении, которое превышает локальное разрушающее напряжение SK.

В реальных конструкционных материалах даже при полностью хрупком изломе на поверхности разрушения обнаруживаются участки вязкой микропластической деформации (область А на рис. 2.25, б). Учитывая это обстоятельство, характеристическое расстояние X включает участок хрупкого разрушения по механизму хрупкого транскристаллитного скола Хх (начало нестабильного разрушения) и участок вязкого (точнее микровязкого) Хв разрушения [24].

Из рис. 3.28 следует, что если макротрещина представляет идеальную полуплоскость, то величина Хх совпадает с периодом изменения среднестатистического направления транскристаллитного скола. Согласно [24], если Хх - наименьшая возможная величина этого периода, равная минимальному расстоянию (в направлении движения макротрещины) на поверхности излома, в пределах которого находится микротрещина транскристаллитного скола, распространяющаяся в том же направлении, что и магистральная, то получаем

где Pt — доля транскристаллитных сколов, ориентированных вдоль направления распространения макротрещины; с1ф - размер элементарной хрупкой микротрещины транскристаллитного скола (фасетка транскристаллитного скола ФТС).

Используя приведенное выражение для оценки Хк и представления Нотта [51] для начала нестабильного роста трещины, получаем следующую оценку критического коэффициента интенсивности напряжения К1с (для условий плоской деформации):


При реализации полностью хрупкого разрушения, когда Хх»Хд, получаем


(3.8)

Согласно Ю.Я. Мешкову [39], величина SK связана с размером зерна феррита, мм, соотношением


Подставляя это значение SK в (3.8) и учитывая, что (1ф = 0,6d3 [52], имеем


(3.9)

Таким образом, в условиях полностью хрупкого разрушения величина К1с не зависит от размера структурного элемента - величины фасетки транскристаллитного скола и определяется распределением направлений транскристаллитного скола в процессе распространения хрупкой трещины. На рис. 3.29 представлены экспериментальные данные по изменению величины К1с, рассчитанные по формуле (3.9) для образцов, испытанных при температуре —196 °С, в зависимости от и d3.

Видно, что величина К1с, действительно, не зависит от величины зерна феррита.

Этот вывод согласуется с данными Ента [53], полученными на серии низкоуглеродистых сталей с 0,7-0,12% С. Величина К1с, определенная при -196 °С, практически не зависит от размера зерна феррита. Отсутствие влияния величины зерна (20-101 мкм) на К1с в стали с 0,07% С и 0,25% Мп в интервале температур 80-200 К установлено и в работе [54] для стали типа 45ХН2МФА. Обнаружено также, что в случае хрупкого транскристаллитного скола величина К1с не зависит от размеров бывшего аустенитного зерна и карбидных частиц [55].

Рис. 3.29. Связь характеристики трещиностойкости стали К1с с размером зерна d3 (1) и фасетки транскристаллитного скола (2) для сталей 09сп, 09Г2 и 09Г2ФБ (Т = -196 °С)

Для случая смешанного разрушения по строению хрупкого излома предложено [56] следующее выражение

gt;              (З-Ю)

где YtchYmP - эффективная поверхностная энергия при хрупком транс- кристаллитном сколе и межкристаллитном разрушении соответственно, /м - доля межкристаллитного разрушения, отражающая частоту случаев распространения элементарных трещин по границам кристаллитов. В основе этого подхода положено то что, длина свободного пробега хрупкой микротрещины состоит из двух участков: транскристаллитного скола размером с?ф и межкристаллитного разрушения размером d$Mp. В общем случае кристаллит (зерно феррита или аустенита, пакет реечного мартенсита или бейнита) является выпуклым многогранником, в котором d^Kp = amp;ф, где | - коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрической формы кристаллита. С учетом частоты ¦проскоков» по границам кристаллитов

Л,-d'(I+l-fmJ.

Изменение механизма распространения трещины вследствие ее продвижения не только по телу, но и границам кристаллитов, существенно отразится на величине эффективной поверхностной энергии у'.

В первом приближении принимается, что снижение величины у пропорционально доле межкристаллитной составляющей хрупкого разрушения:


(3.11)

вид

Выражение (3.12) показывает, что величина К1с не зависит от размера зерна феррита, но зависит от величины утс и степени ослабления когезивной прочности границ зерен. Область вязко-хрупкого перехода

Для случаев испытания образцов типа Шарпи в области температур, соответствующих нижней части кривой вязко-хрупкого перехода KCV = f(TM), предложено [57] следующее соотношение для оценки значений К1с МПа*м1/2,


(3.13)

Выражение (3.13) применимо для среднепрочных сталей.

Для сталей, используемых в США для мостовых конструкций, установлена применимость оценки значений К1с по результатам испытаний образцов типа Шарпи на статический изгиб [57, 58]

/>

(3.14)

(Размерность KV и KVC - Дж.)

При испытании этих образцов на динамический изгиб реализуется тот же тип связи значения динамической вязкости разрушения Kld с величиной (KV)d:


(3.15)

На основе (3.13) - (3.15) Барсом и Рольф предложили следующую процедуру определения значений К1с: По результатам испытаний на ударный изгиб образцов типа Шарпи по выражению (3.15) определяется температурная зависи-

мость Кы = ^Гисп) (рис.

3.30).


2. Имея вычисленную кривую Ки~Тисп, кривую КХс~Т получают, смещая кривую Кы-Тисл влево на АТ = 95 - 0,lRe, где Re - предел упругости (см. рис. 3.30).

Указанная выше процедура оценки К1с справедлива для сталей, у которых Re = 250 -т- 950 МПа.

Позднее в работе [59] предложили температуру смещения Т8 значений К1с относительно Ки определять по соотношению Та = 119- 0,12о0 2 (МПа). Таким образом, значение К1с при температуре Т - Ts равно значению Kld при температуре Т.

Согласно [60], данные Барсома и Рольфа надежнее описываются зависимостью типа

К1с = 14,6(KV)1/2,              (3.16)

где [К1с] = МПа • м1/2, [KV] = Дж.

В [61] предложена для роторных сталей следующая методика построения кривой К1с = f(Тисп) по кривой вязко-хрупкого перехода для ударных образцов: Построить полностью кривую KV = ^ГИС11^; Определить характеристики одноосного растяжения при температурах, соответствующих полностью вязкому (пластичному) и хрупкому разрушениям;

Рис. 3.31. Схема построения кривой Ки - Тнсп по кривой KV= f(THcn)

Если кристалличность изломов образцов, испытанных на ударную вязкость, составляет 100%, то


(3.17)

где единицы [Jflc] = МПа • м1/2, [Re] = МПа; Если в изломе образцов наблюдается 0% кристаллического излома, то

(3.18) мм, [KV] = Дж, [Re] = МПа; Для получения в изломе образцов 50% вязкой составляющей значение К1с равно полусумме значений по (3.17) и (3.18); Ки = 30 МПа • м1'2 при -196 °С

Хорошая корреляция обнаружена [58] между значениями К1с и KCV, при которых начинается крутой подъем температурных зависимостей К1с = f(T0Cn) и KCV = f(THcn). В качестве таких характерных значений выбраны К1с = 100 МПа • м1/2 и KV = 28 Дж (KCV = 35 Дж/см2).

Эта зависимость имеет вид

-7^-9+1,877^,              (3.19)

где ТКьс и TKzg - критическая температура хрупкости, принимаемая для условий К1с = 100 МПа * м1/2 и KV = 28 Дж соответственно. На основе выявленной зависимости (3.19) возникает соотношение

К[с = 19(iTV)1/2 .              (3.20)

Становится возможным использовать следующую процедуру построения зависимости Къ. = f(71Hcn): Построение сериальной кривой KV = f(7,HCn); Расчет кривой К1с - Твсп по соотношению (3.20); Определение значения Тк^ по выражению (3.19); Перенос кривой К1с - Тисп таким образом, чтобы она проходила через точку с координатами Т — Тк^ (рис. 3.31). Область вязкого разрушения

Первым предложил модель для оценки значений К1с для случая вязкого разрушения, по-видимому, Крафт [62]. Согласно его представлениям, неустойчивость перемычки металла, соединяющей макротрещину с лидирующей вязкой (пластичной) микротрещиной, наступает при условии ?f = п, где ef - деформация металла в момент разрушения, п - коэффициент деформационного упрочнения. Согласно Крафту

К1с = Епфпс1т ,              (3.21)

где dT - расстояние от кончика трещины до места зарождения лидирующей микротрещины, Е - модуль Юнга. По физическому смыслу параметр (^соответствует расстоянию между частицами, инициирующими вязкую пору. В ряде случаев удается связать величину с расстоянием между неметаллическими включениями.

Ган и Розенфилд [63] предложили выражение, пригодное как для условий плосконапряженного, так и плоско деформированного состояния

1/2

^1с = [0,О17?КееД0,0(Ю5+п2)]              ,              (3.22)

где ef - фактическая деформация при разрушении, Re - предел упругости.

По данным [60] выражение (3.22) удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными для высокопрочных сталей.

Выражение (3.18) используется для оценки К1с для среднепрочных сталей.

Возможность использования характеристики вязкости разрушения К1с расширяется в связи с существованием тесной связи ее с J 1с и 6ic. Для условий плоскодеформированного состояния справедливо соотношение [59]


В инженерных расчетах используется установленная [64] зависимость между критическим коэффициентом интенсивности напряжений К1с и критическим раскрытием трещины Ь1с


<< | >>
Источник: Горицкий В.М. Диагностика металлов. 2004

Еще по теме Область хрупкого разрушения:

  1. Хрупкое разрушение
  2. 2.3.2. Механизм хрупкого межкристаллитного разрушения
  3. 6. Оценка и определение склонности элементов конструкции к хрупкому разрушению
  4. Методика оценки склонности к хрупкому разрушению
  5. Методы оценки склонности к хрупкому разрушению с использованием микропроб
  6. Расчет на хрупкую прочность
  7. Механизм хрупкого транскристаллитного скола
  8. /. Основные конституционные права в области культуры 2. Содержание основных прав человека в области библиотечного дела
  9. 2.5. Разрушение в условиях ползучести
  10. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ МОЛОДЁЖНОЙ ПОЛИТИКИ В БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ П.Н. Беспаленко заместитель начальника департамента социальной политики администрации Белгородской области - начальник управления по делам молодёжи
  11. Основные виды разрушения металлов
  12. Усталостное разрушение
  13. 5.1.2. Задержанное разрушение
  14. СПОСОБЫ РАЗРУШЕНИЯ И ПОЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА