6.5 Тестові запитання для контролю ср

1. Які руйнівні фактори впливають в процесі експлуатації на металеві конструкції (МК)?

2. Які за походженням механічні напруження ви знаєте?

3. Чим обумовлені внутрішні напруження в МК?

4. Як класифікують ззовні прикладені до МК напруження?

5. На що можуть впливати механічні напруження в МК?

6. Чим визначаються величина і знак зміни електродного потенціалу при прикладанні напружень розтягу?

7. Що таке корозійне розтріскування?

8. Назвіть особливості, характерні для корозійного розтріскування.

9. Охарактеризуйте процес розвитку тріщин при корозії під напруженням.

10. За яких умов відбувається утворення тріщин при корозії під напруженням в загальному випадку?

11. Як залежить час до розтріскування від величини ззовні прикладених напружень розтягу?

12. Що розуміють під терміном „воднева крихкість”? Які сталі більш чутливі до водневої крихкості? В чому це проявляється?

Лабораторна робота №7

7 Дослідження малоциклової корозійної і водневої втоми сталі

7.1 Мета роботи: визначити малоциклову витривалість стальних виробів в різних агресивних середовищах.

7.2 Короткі теоретичні відомості

Корозійна втома - це процес поступового виникнення, а далі - розвитку тріщини під впливом тривалого статичного (статична втома) або повторно-змінного навантаження (циклічна втома), тобто - це повільне руйнування металів. Опір, який чинить метал циклічній втомі, називають витривалістю ("виносливостью"), або циклічною міцністю. Опір статичній втомі має назву - тривалої міцності ("длительной прочности"). Корозійна втома є основною причиною руйнування гальванічно оброблених деталей, глибинно-насосних штанг, бурильних труб, трубопроводів, іншого обладнання газонафтової, добувної та переробної, хімічної промисловості і т. і. При циклічному навантаженні деталей згин із обертанням є одним із широко розповсюджених видів деформації, так як в цих умовах навантаження кожне волокно металу буде зазнавати за один оберт розтяг-стиск однакової величини, тобто зміна напружень в металі відбувається за синусоїдальним законом. Критерієм витривалості сталі при згині симетричним циклом є умовна границя втоми _-1, база випробувань у повітрі N=2×10⁶, а в 3% NaCl – N=5×10⁶ циклів навантаження [5,13,38].

Однією з основних вимог до сучасних металоконструкцій обмеженого строку служби є максимальна питома міцність (високе значення відношення міцності до маси). В таких конструкціях ( трубопроводи, посудини під тиском, реактори та ін. ) виникають напруги, які перевищують границю пружності (“предел упругости”), що обумовлює довговічність матеріалу не більш 10⁵ циклів - малоциклова корозійна втома (МЦКВ) (на відміну від багатоциклової корозійної втоми, де довговічність зразків складає багато мільйонів циклів). Дуже важливою є діагностика руйнування металовиробів, конструкцій. Руйнування у випадку МЦКВ розвиваються на фоні макроскопічних пластичних деформацій, які охоплюють значну частину переріза ("сечения") зразка або деталі.

У той же час при звичайній втомі (багатоцикловій) має місце мікропластична деформація, локалізована у малих об'ємах, поблизу зони втомного руйнування, характер руйнування при МЦКВ має багато спільного з характером руйнування під дією одноразового статичного навантаження і є ніби то проміжним ступенем між статичним і втомним руйнуванням.

Тому навантаження, які викликають руйнування протягом невеликого числа циклів ( 10³...10⁴ ) одержали назву повторно-статичних навантажень, до них відноситься аварійні та експлуатаційні перевантаження. Циклічні високі напруження і деформації при цьому характеризуються низькою частотою навантаження від десятків циклів у хвилину до одного циклу за добу, тиждень...

Більшість деталей сучасних машин зазнають повторні навантаження, тобто піддаються циклічним навантаженням. Тому критерієм якості металу, який іде на виготовлення цих деталей, є не показники статичної міцності _в, _т - границя міцності, плинності ("текучести") та пластичності -  і  - відносні видовження ("удлинение") і звуження поперечного перерізу, а характеристики циклічної міцності (_-1) та довговічності – N, тобто показники витривалості сталі, особливо в екстремальних умовах перевантажень та аварійних ситуаціях. Без цих показників неможливо проводити розрахунок деталей машин на міцність та довговічність. Отже малоциклова витривалість на сучасному етапі – це важливішій експлуатаційний критерій конструкційних матеріалів: сталі, інших сплавів [5,13].

Витривалість з сучасних наукових позицій розглядається з точки зору фізико-хімічної механіки матеріалів, тобто з врахуванням впливу фізико-хімічних факторів на процес деформування та руйнування твердих тіл. До експлуатаційних характеристик, одержаних при випробуваннях у повітрі, необхідно додати данні про вплив агресивних середовищ (переважно корозійних, наводнювальних або корозійно-наводнювальних) на витривалість металів [38].

Таким чином, МЦКВ або малоциклова воднева втома (МЦВВ) – це важливий критерій довговічності та витривалості конструкційних матеріалів при циклічному навантаженні. Це опір металу пружно-пластичним деформаціям при обмеженому числі циклів (до 10⁴ ) та жорсткій системі навантаження. Для визначення відносної деформації індикатором вимірюють f – максимальний прогін (рис. 7.1) із точністю до 0,01 мм. Потім розраховують R_max за формулою:

R_max=(a²+4f²)/8×f (7.1)

де а-відстань між вістрями ("остриями") вилки пристрою.

Проведені тензометричні вимірювання (тензостанцїї 8 - АНЧ – 7М і осцилограф Н-700), які свідчили (у межах точності досліду 2%) про дотримання умови чистого згину зразка. Це означає, що по всій довжині робочої частини зразка при заданій деформації спостерігаються напруження, однакової величини. Тому з достатнім наближенням лінію згину зразка можна прийняти за дугу кола, тоді ступінь деформації e:

e=(l_max - l_ср)/l_cp (7.2)

e=(R_max - R_cp)/R_cp (7.3)

e=(t/2·R_cp)·100, % (7.4)

де t - товщина зразка.

Одержане значення e - це повна, тобто сумарна пружна і пластична деформація. За допомогою динамометрів із тензодатчиками визначають навантаження, які відповідають даному ступеню деформації сталі. Крім цього, напруження розтягу у зразках при згині (рис. 7.1) можна розрахувати за формулою:

=6·Е×t×f/а² (7.5)