
- •Введение
- •1. Классификация типов испытаний
- •Статические методы испытаний характеризуются следующими особенностями:
- •2. Взаимосвязь структуры и механических свойств конструкционных материалов
- •3.Напряжения и способы снижения напряженного состояния
- •4. Деформация и описание деформированного состояния
- •5. Упругость и упругие свойства материалов
- •5.1. Вывод элементарного закона на основе анализа взаимодействия атомов в кристаллической решетке
- •5.2. Влияние различных факторов на модули упругости
- •5.3. Методы определения модулей упругости
- •5.3.1. Статические методы определения модулей упругости
- •5.3.2. Динамические методы определения модулей упругости
- •6. Неупругость металлов и сплавов
- •7. Пластическая деформация
- •7.1. Потеря устойчивости деформации
- •7.2 Деформационное упрочнение
- •7.3. Влияние различных факторов на эффект деформационного упрочнения
- •7.3.1. Влияние температуры на эффект деформационного упрочнения
- •7.3.2. Влияние химического состава на эффект деформационного упрочнения
- •7.3.3. Влияние размера зерна на эффект упрочнения
- •7.3.4. Влияние скорости деформации на эффект упрочнения
- •8. Разрушение
- •8.1. Механизмы зарождения трещины
- •8.1.1. Механизм Стро-Мотта
- •8.1.2. Механизм Коттрелла
- •8.1.3. Механизм зарождения трещины при пересечении двойников
- •8.1.4. Механизм зарождения трещины у дислокационной границы наклона
- •8.2. Хрупкое разрушение
- •Зарождение трещины;
- •Развитие трещины.
- •8.3. Развитие хрупкой трещины
- •8.4. Вязкое разрушение
- •8.5. Влияние различных факторов на характер разрушения
- •8.5.1. Влияние температуры на характер разрушения
- •8.5.2. Влияние деформации на характер разрушения
- •8.5.3. Влияние способа приложения нагрузки на характер разрушения
- •8.5.4. Влияние химического состава и структуры на характер разрушения
- •8.5.5. Влияние масштабного фактора
- •8.5.6. Влияние окружающей среды на характер разрушения
- •9. Особенности строения и свойства полимерных материалов
- •9.1. Особенности строения полимеров
- •9.2. Особенности деформации полимеров
- •9.3. Модельный метод изучения деформации полимера
- •9.4. Закономерности разрушения полимеров
- •10.Усталость материалов
- •10.1. Механизм усталостного разрушения
- •10.2. Механизмы зарождения усталостных трещин
- •10.3. Механизм развития усталостной трещины
- •10.4. Влияние различных факторов на усталостную прочность
- •10.4.1. Влияние температуры
- •10.4.2.Влияние остаточных напряжений
- •10.4.3 Влияние концентратора напряжений
- •10.4.4 Влияние частоты приложения нагрузки
- •10.4.5 Влияние масштабного фактора
- •10.4.6 Влияние недогрузок и перегрузок
- •10.5 Термическая усталость
- •11. Ползучесть металлов и сплавов
- •11.1 Сдвиговый механизм ползучести
- •11.2 Механизм диффузионной пластичности
- •11.3 Механизм зернограничной ползучести
- •11.4 Механизм разрушения при ползучести
- •Зарождение трещины;
- •Развитие трещины.
- •11.5 Влияние растворенных элементов и выделений на ползучесть
- •12. Методы определения твердости металлов
- •12.1 Метод Бринелля
- •12.2. Метод Роквелла
- •12.3. Метод Виккерса
- •12.4. Метод Шора
- •1.Головка 2.Шарик 3.Эталон 4.Образец
- •12.5. Метод Польди
- •12.6. Определение твердости царапанием
- •13. Испытание на растяжение
- •Определение предела пропорциональности (σпц)
- •Определение предела упругости
- •Определение предела текучести
- •Определение истинного предела прочности
- •14. Испытание на кручение
- •Определение предела пропорциональности
- •Определение условного предела текучести
- •Определение истинного предела прочности
- •Определение остаточного сдвига
- •15. Испытание на сжатие
- •16. Технологические испытания
- •16.1. Испытание на вытяжку по Эриксену
- •16.2. Испытание на изгиб
- •16.3. Испытание на износ
- •17. Испытание на ползучесть
- •18. Динамические методы определения характеристик механических свойств
- •18.1. Испытание ударной вязкости
- •18.2. Определение ударной вязкости при динамическом кручении
- •18.3. Методы разделения ударной вязкости
- •18.3.1. Методика Оттани
- •18.3.2. Методика Дроздовского
- •18.3.3. Методика Гуляева
- •18.3.4. Методика Лившица-Рахманова
- •18.4. Методика определения порога хладноломкости
- •19. Методы оценки склонности материалов к хрупкому разрушению
- •19.1 Методика оценки склонности материалов к хрупкому разрушению при испытании на внецентровое растяжение
- •19.2 Методика оценки склонности материалов к хрупкому разрушению по критическому раскрытию трещины
- •19.2.1 Теоретическое и экспериментальное обоснование приложимости методики раскрытия трещины
- •19.2.2 Экспериментальное определение раскрытия трещины
- •19.3 Методика оценки сопротивления развитию усталостной трещины
- •19.4 Методика оценки температуры остановки трещины
- •19.4.1. Влияние размера трещины на температуру перехода из вязкого состояния в хрупкое состояние для сплавов на основе железа
- •20. Вязкость разрушения
- •20.1 Теоретическое обоснование методики определения вязкости разрушения
- •20.2 Экспериментальное определение вязкости разрушения
- •За истинное значение к1с принимается то значение, которое будет удовлетворять выражению:
8.5. Влияние различных факторов на характер разрушения
Характер разрушения в сильной мере зависит от ряда факторов:
температуры;
деформационной предистории;
напряженного состояния (способа приложения нагрузки);
химического состава и структуры сплава;
размера, состояния поверхности детали;
окружающей среды и др.
8.5.1. Влияние температуры на характер разрушения
Наглядное представление о влиянии температуры на характер разрушения дает схема механического состояния Иоффе, построенная на основании испытаний кристаллов поваренной соли при различных температурах, рис.54.
Согласно этой схемы предполагается, что сопротивление текучести и разрушающее напряжение не связаны друг с другом. При этом первый в значительно большей степени зависит от температуры, чем второй. Существует температура tк, при которой кривые напряжения течения и разрушения пересекаются. Выше температуры tк – t2 разрушение будет вязким так как в процессе нагружения в начале достигается напряжение соответствующее пределу текучести. Ниже tк – t1 будет хрупкое разрушение, так как по мере нагружения раньше достигается сопротивление отрыву.
Таким образом, температура tк будет температурой перехода от вязкого к хрупкому нагружению.
Приведенная схема механического состояния построена для кристаллов поваренной соли. Для случая поликристаллических металлов и сплавов схема механического состояния будет отличаться, так как для них сопротивление текучести и отрыву будет статическими величинами изменяющимися в определенных пределах от min до max. Разброс этих величин связан с непостоянством размера зерна и химического состава в различных объемах. С учетом этого схема механического состояния будет иметь вид, рис.55.
При
t
< t1
в процессе нагружения достигается
и
и не достигается σт
и разрушение будет хрупким. При t
> t2
в процессе нагружение достигается
и
и не достигается σот
и разрушение будет вязким. Интервал
температур t1
– t2
будет переходным интервалом температур
от хрупкого к вязкому разрушению.
Схема механического состояния Иоффе не применима к металлам у которых нет температуры охрупчивания (медь, алюминий, аустенитные стали и др.). Объяснение этому, по-видимому, связано со строением кристаллической решетки, обуславливающим отсутствие пересечения кривых σот и σт.
8.5.2. Влияние деформации на характер разрушения
Для анализа влияния степени предварительной деформации на характер разрушения воспользуемся схемой механического состояния Людвика, рис.56.
При построении схемы механического состояния Людвик исходил из того, что сопротивление отрыву мало зависит от степени предварительной деформации, а сопротивление текучести непрерывно возрастает с увеличением степени деформации. Кривые σот и σт пересекаются при степени деформации εкр, рис.56. При степенях деформации ε < εкр разрушение будет вязким, а при ε > εкр – хрупким. Кунце, предлагая свою схему механического состояния, придерживается в целом взглядов Людвика по влиянию деформации на характер разрушения. Им предлагается метод экспериментального определения сопротивления отрыву для вязких материалов путем испытания образцов с последующей двойной эксраполяцией на наиболее глубокий и острый надрез, создающий всестороннее растяжение и исключающий пластическую деформацию. На ошибочность таких взглядов обратил внимание Давиденков.
Давиденков в своих работах показал, что полное всестороннее растяжение создается лишь во внутренних частях образца и только в пределах упругой деформации. Сохранить такое напряженное состояние невозможно при больших напряжениях, превышающих предел упругости, по
причине
пластической деформации поверхностных
слоев. С учетом этого Давиденковым была
предложена схема механического состояния,
в которой были учтены не только два типа
разрушения, а и два различных типа
сопротивления разрушению – сопротивление
вязкому и хрупкому отрыву. В основу
своих взглядов им было положено поведение
монокристалла железа, который может
разрушаться вязко по плоскостям,
проходящим через диагональ куба
(плоскости типа
),
и хрупко – по плоскостям типа
,
являющихся гранями куба. На основании
этого им было высказано мнение о том,
что сопротивление отрыву σот
непрерывно растет с увеличением степени
деформации. При этом рост сопротивления
отрыву σот
опережает рост сопротивления текучести
– σт.
С учетом этого Давиденковым была
предложена своя схема механического
состояния, рис.57.
Эта схема механического состояния применима только к однородному напряженному состоянию, либо к элементу объема, так как предел текучести, выражаемый в нормальных напряжениях, будет меняться в различных зонах надрезанного образца.