Настоящее немецкое качество!
Продукция FUNKE заслуживает внимания и высокого одобрения. Настоящее немецкое качество. Специалист по проектированию и монтажу систем наружного водопровода и канализации. Антонов А.С.

МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 1)

В соответствии с методом образцы разрушаются при воздействии на них повторно-переменной нагрузки, амплитуда которой увеличивается в процессе испытания с постоянной скоростью. Объяснить явление усталостного разрушения и закономерности, которые при этом наблюдаются, можно лишь на основе глубокого исследования процессов, происходящих в материале в условиях повторно-переменного нагружения, т. е. путем разработки физической теории усталости металлов. Несмотря на большое количество работ, посвященных этому вопросу, в настоящее время нет единой трактовки процесса усталостного разрушения металлов, что объясняется в первую очередь исключительной сложностью проблемы. Не останавливаясь на всех попытках дать объяснение усталостному разрушению металлов, многие из которых в настоящее время представляют лишь исторический интерес, рассмотрим некоторые из них. Согласно гипотезе, предложенной Баушингером, предел выносливости отождествлялся с пределом упругости. Предполагалось, что металлы имеют некоторый «естественный» предел упругости, который может быть замаскирован (повышен) механической и тепловой обработкой, но четко проявляется после достаточно большого числа циклов нагружения. Однако эта гипотеза при всей ее заманчивости не нашла достаточно полного экспериментального подтверждения. Прежде всего оказалось, что есть металлы, у которых предел выносливости лежит выше предела упругости (медь, железо). Дальнейшие исследования показали, что при усталостном разрушении металлов имеются следы пластической деформации в отдельных зернах поликристаллов. С увеличением числа перемен нагрузки линий сдвига становится больше и они распространяются и на другие, до сих пор нетронутые, зерна. Ранее образовавшиеся линии сдвига при этом распространяются и появляются темные полосы, представляющие собой многочисленные тесно расположенные линии сдвигов. В дальнейшем в местах темных полос происходит образование трещины, распространяющейся от зерна к зерну и приводящей к разрушению. Возникновение сдвигов в отдельных зернах поликристаллических металлов при напряжениях, меньших, чем предел текучести или даже предел упругости, является вполне очевидным, если учесть неоднородность строения реальных металлов. Вследствие этого при небольших средних напряжениях в образце в отдельных зернах поликристалла могут возникать значительные напряжения, превышающие предел текучести и вызывающие пластическое деформирование микрообъемов металла. Исследования неоднородности деформирования локальных объемов поликристалла проводились в основном при статическом нагружении и достаточно больших остаточных деформациях. Однако качественная картина, полученная при этом, может быть отнесена в равной степени и к случаю циклического нагружения. В результате исследований установлено, что протекание пластических деформаций в отдельных микрообъемах материала характеризуется резкой неравномерностью. Вследствие этого даже при малых деформациях образца в отдельных его микрообъемах остаточная деформация может достигать значительных величин. Неравномерность деформации увеличивается с уменьшением размера делительной сетки, т. е. с уменьшением размеров исследуемого объема материала. Было показано также, что закон распределения величины пластических деформаций для исследованного материала близок к нормальному. Установление факта, что усталостная трещина возникает в местах микропластических сдвигов, дало дальнейший толчок к исследованию микропластических деформаций, имеющих место в металлах при повторном нагружении. В результате этих исследований было установлено следующее: усталостные трещины возникают в наиболее пластически деформированных объемах материала; границы зерен в поликристаллических образцах задерживают пластическую деформацию в теле зерна; усталостная трещина развивается по телу зерна и не распространяется по границам зерен, при пересечении границ зерен она распространяется с замедленной скоростью; циклическая нагрузка при напряжениях, превышающих предел выносливости, вызывает в зернах металла полосы разрыхления (они отождествляются с линиями скольжения), в то же время повышается твердость тех зерен или той части зерна, где отсутствуют полосы разрыхления.