Анализ причин излома по поверхности разрушения
По направлению излома можно судить о том, какая перегрузка вызвала разрушение (перегрузка растяжения, изгиба или кручения).
Если при анализе излома будет неправильно определена его причина, то проводимые мероприятия по исключению возможности появления такого разрушения у других подобных деталей могут не только не дать положительного эффекта, но привести даже к снижению надежности.
Характер изломов при растяжении деталей.
Хрупкий излом располагается перпендикулярно оси растягивающей нагрузки. Такой излом возникает у хрупких материалов (например, чугуна), а также при невозможности деформации из-за различных надрезов, наличия у деталей разных диаметров в продольном сечении и т. п.
Излом от сдвига на деталях из вязких материалов проходит под углом 45° к оси растягивающей нагрузки.
Характер изломов при изгибании деталей.
Изломы изгибающей нагрузкой характеризуются очень сложными видами поверхности разрушения. Имеет место более сложное распределение напряжений, чем при растяжении. В этом случае на изогнутой стороне детали возникают растягивающие напряжения, а на противоположной — сжимающие напряжения.
Четкое разделение изломов при изгибе на хрупкие и изломы от сдвига невозможно. По направлению волокон на поверхностях при динамических изломах можно судить о направлении излома. Исходная точка усталостных изломов при изгибе легко находится по линиям разгрузки.
Усталостные изломы при изгибе подразделяют на односторонние, двусторонние и изломы при круговом изгибе. Круговой усталостный излом возникает на вращающихся деталях, работающих на изгиб. В этом случае несколько трещин, расположенных по диаметру, объединяются, вследствие чего зона окончательного излома располагается близко к центру круглой детали.
Иногда целесообразно подразделять изломы при изгибе на простые и сложные.
К простым изломам обычно относятся изломы, которые вызываются одной трещиной.
Простой излом начинается в точке на поверхности из-за наличия отдельных дефектов.
Сложный излом происходит в результате действия двух или более трещин, которые распространяются на различных точках на окружности сечения и оказывают совместный эффект на вид излома.
Так как чаще всего исходные трещины не находятся на одной плоскости сечения, то поверхность излома у пересечения изломов от различных трещин образует уступы.
Характер изломов при скручивании деталей.
Хрупкие изломы при скручивании происходят под углом около 45° относительно к оси детали (при отсутствии в детали гантелей, выточек и т.п.). Поверхность излома неровная, крупнозернистая.Если в тянутых сталях с высокой прочностью, термически улучшенных расположение волокон ярко выражено из-за различных включений, то хрупкий излом проходит в предельном направлении из-за концентрации внутренних напряжений. Опасность разрушения может быть уменьшена применением более вязких материалов или более интенсивным отпуском термически улучшенных сталей.
Излом от сдвига при кручении. Структура излома ровная, гладкая, с ярко выраженным пластическим скручиванием. Избегать этих видов излома можно путем повышения предела текучести.
Усталостные изломы при кручении на гладких валах представляют хрупкий излом под углом 45° даже при вязких материалах, например, на мелко-шлицевых валах. Фронт усталостного излома часто проходит даже поперек детали. При этом от каждого основания шлица проходят частичные усталостные изломы, идущие по радиусу к центру поперечного сечения.
Ползучесть - это явление, заключающееся в том, что металл, нагруженный (работающий) при высокой температуре, очень медленно, но непрерывно деформируется под воздействиём постоянных во времени напряжений.
Обычно различают три стадии процесса ползучести.
При приложении нагрузки происходит мгновенная деформация изделия, не связанная с процессом ползучести (участок АВ). Эта деформация в зависимости от величины нагрузки может быть упругой и упруго-пластической. Участок AB характеризует деформацию с убывающей скоростью; он называется стадией неустановившейся ползучести. На участке ВС пластическая деформация нарастает с постоянной скоростью; он называется стадиейустановившейся ползучести. Третья стадия (участок СD) характеризуетсяувеличивающейся скоростью ползучести, которая продолжается до разрушения изделия. При высоких температурах и напряжениях вторая стадия ползучести может отсутствовать; в этом случае первая стадия непосредственно переходит в третью.
Сопротивляемость ползучести оценивается суммарной деформацией за срок службы или скоростью ползучести.
Условным пределом ползучести называется напряжение, которое вызывает при определенной температуре заданную скорость ползучести во второй стадии процесса.
Для объяснения процесса ползучести существует несколько теорий. Наилучшее приближение к экспериментальным данным дает теория наклепа и рекристаллизации. В соответствии с этой теорией начальная стадия ползучести обусловлена тем, что не все зерна металла включились в процесс упрочнения и разупрочнения; при этом процесс упрочнения преобладает над разупрочнением. По этим причинам по мере распространения процесса на большее количество зерен скорость ползучести уменьшается. На второй стадии количество упрочненных из-за наклепа зерен сравнимо с количеством разупрочненных из-за рекристаллизации зерен. На третьей стадии накопление деформаций убыстряется; у пластичных материалов происходит локализация пластической деформации и образуется шейка, в хрупких материалах происходит развитие трещин. При больших напряжениях и относительно низких температурах накопление деформации из-за ползучести происходит преимущественно по сдвиговому механизму, т. е. путем скольжения.
При многократно повторяющихся температурных напряжениях наблюдается термическая усталость металла.
Ползучесть и термическая усталость, как правило, взаимодействуют друг с другом и оба вида этих разрушений происходят одновременно. При этом напряжения, вызывающие разрушения, могут быть значительно меньше временного сопротивления при данной температуре.
Способность материала сопротивляться разрушению при воздействии высокой температуры и напряжений характеризуется пределом длительной прочности при данной температуре.