Разрушение образца при растяжении происходит в виде

Вязкое разрушение

Вязкое разрушение происходит обычно после значительной пластической деформации (десятки процентов). Его главными особенностями являются медленное развитие трещин и высокая энергоемкость, обусловленная необходимостью затраты значительной работы пластической деформации у вершины трещины. Поэтому вязкое разрушение — наименее опасный вид разрушения и ему уделяют не так много внимания, как хрупкому. Тем не менее анализ вязкого разрушения очень важен. Он позволяет, в частности, лучше понять механизм хрупкого разрушения и наметить меры его предотвращения. Вязкое разрушение важно при анализе поведения металлов в условиях обработки давлением, где создаются значительные пластические деформации, и разрушение, в том числе вязкое, недопустимо.

Вязкое разрушение в зависимости от материала, геометрии образца, способа и условий нагружения развивается различными способами. Поэтому соответствующая макрогеометрия поверхности разрушения также может сильно различаться (рис. 2.36).

Рисунок 2. 36 — Формы излома образцов при вязком разрушении после растяжения

Разрушение путем среза (см. рис. 2.36а) часто наблюдается при растяжении монокристаллов с ГП решеткой таких металлов, как цинк, кадмий. Поверхность излома здесь имеет вид одностороннего клина. В этом случае говорят о разрушении чистым сдвигом, и объясняется оно продолжительной пластической деформацией базисным скольжением в нескольких достаточно удаленных друг от друга полосах. Окончательное разрушение происходит в результате разрыва по плоскости скольжения.

При растяжении плоских образцов из малопластичных металлов и сплавов, например высокоуглеродистой стали, также часто наблюдается разрушение путем среза. Оно возможно и на цилиндрических образцах. В отличие от чистого сдвига в этих разновидностях среза получается менее гладкая поверхность разрушения.

В образцах из пластичных металлов сдвиг чаще происходит вдоль двух перпендикулярных плоскостей скольжения, где действуют максимальные касательные напряжения. В результате у чистых монокристаллов с ГЦК решеткой (медь, серебро) образующаяся при растяжении шейка сужается до острия в цилиндрическом или лезвия в плоском образце (см. рис. 2.36 б,в).

Наиболее характерным примером вязкого разрушения является образование чашечного излома в шейке растягиваемого образца (см.2.37). Шейка возникает после некоторого равномерного удлинения образца и является результатом локализации деформации в ограниченном объеме. Внутри шейки схема напряженного состояния усложнения по сравнению с исходным одноосным растяжением. В этих условиях и происходит зарождение и развитие вязких трещин.

Зародышевые трещины образуются по одной из выше описанных схем. Чаще всего в технических металлах и сплавах реализуется первая схема зарождения трещин — у скоплений дислокаций вблизи барьеров (различного рода включений), которые всегда содержатся в технических металлах. Возможно также появление первых трещин внутри хрупких включений, которые разрушаются раньше, чем образуются достаточно мощные дислокационные скопления в матрице. Возникшие несплошности под действием напряжений начинают постепенно расти и по достижении микронных размеров уже легко выявляются при металлографическом анализе. На начальной стадии вязкого разрушения типичным является наличие множества мелких трещин (пор), концентрирующихся в основном в центральной части сечения шейки (рис. 2.37а). По мере растяжения перемычки между порами сильно деформируются и разрушаются. В результате эти мелкие поры сливаются с образованием более крупных и в конце концов в центре шейки образуется сплошная трещина, плоскость которой в макромасштабе располагается нормально внешнему растягивающему усилию (см. рис. 2.37а). Следовательно, образование этой центральной трещины — результат разрушения путем макроотрыва. Дальнейший ее рост происходит за счет присоединения новых пор при разрыве перемычек между ними и основной трещиной.

Рисунок 2. 37 — Образование центральной трещины (а) и распределение напряжений по сечению шейки: S1 — продольное напряжение; S2, S3 — поперечные нормальные напряжения

Для того, чтобы понять, почему разрушение на начальных стадиях локализуется в центральной части шейки, необходимо проанализировать распределение напряжений по сечению шейки. Как видно из рис. 2.37б, вблизи центра образца все напряжения максимальны. Особенно велико здесь продольное растягивающее напряжение S1 , в то время как касательные напряжения распределены более равномерно. В результате трещины возникают и развиваются в средней части сечения шейки, и здесь же происходит разрушение путем отрыва с образованием центральной трещины.

По достижении центральной трещиной периферийных слоев шейки все напряжения локализуются в этих не разрушенных периферийных участках. Скорость распространения трещины резко возрастает, меняется и направление ее развития. Это направление может оказаться различным в зависимости от структуры и свойств металла. Если дальнейший рост трещины будет идти путем локального сдвига в плоскостях, наклоненных под углом ~45° к оси растяжения, то в результате появления все новых полос сдвига при развитии центральной трещины образуется излом в форме «чашечки» (см. рис. 2.36г), что характерно для многих металлов, например алюминия, при температурах от комнатной до 40К.

На всех этапах развитие вязких трещин является докритическим и сопровождается сильной пластической деформацией, которая и контролирует скорость вязкого разрушения. Закритическое развитие трещины при вязком разрушении — явление относительно редкое, встречающееся только в некоторых высокопрочных материалах.

Вязкое разрушение бывает обычно внутризеренным, даже если трещина зарождается у границ зерна. При дальнейшем росте трещины траектория ее движения проходит по телу кристаллита.

Рассмотренные особенности вязкого разрушения отражаются на структуре поверхности разрушения. При визуальном осмотре невооруженным глазом она обычно матовая, неровная, часто со следами пластической деформации в виде грубых полос скольжения.

Тонкую структуру излома выявляют с помощью фрактографического анализа — исследования структуры поверхности разрушения в световом и просвечивающем (при помощи реплик) или сканирующем электронном микроскопах. Фрактографический анализ, получивший широкое развитие в последние годы, дает важную информацию о механизме разрушения. На рис. 2.38 показаны типичные примеры микроструктуры вязкого излома. У него характерный рельеф, образуемый совокупностью отдельных ямок. Диаметр их колеблется в диапазоне 0,5 — 20 мкм. Глубина ямок, характеризующая размеры области интенсивной пластической деформации, на вязком изломе в зоне макроотрыва может быть довольно велика (несколько микрометров). Ямки на поверхности вязкого излома являются результатом образования, роста и слияния множества микропор (трещин). На поверхности разрушенных перемычек, а также на дне некоторых пор часто видны линии скольжения, образовавшиеся при пластической деформации перед разрушением. На дне многих ямок выявляются частицы избыточных фаз, что как раз и служит доказательством возникновения большинства зародышевых трещин у этих включений.

а б

Рисунок 2.38 — Типичная структура вязких изломов

На «стенках» чашечного излома наблюдаются сильно вытянутые ямки, а также области, не имеющие характерных особенностей структуры (рис. 2.38). Эти области также имеются на поверхности разрушения чистым сдвигом. Они являются результатом разрушения металла вдоль поверхности локализованной интенсивной пластической деформации скольжением.

Общего количественного критерия вязкого разрушения не существует. Для ограниченного интервала условий таким критерием может служить величина либо деформации, либо минимального нормального или касательного напряжения, достаточного для развития вязкого разрушения.

Источник

Энциклопедия по машиностроению XXL

Рассмотрим результаты фрактографических исследований образцов, испытанных по программе Циклический наклеп и растяжение . Анализ поверхности разрушения показал, что для всех образцов с различным предварительным циклическим нагружением разрушение при растяжении происходило по меха-  [c.84]

Наиболее характерными чертами структуры изломов разрушения аморфных сплавов являются 1) разрушение (при растяжении) идет по поверхности, составляющей угол 45° с осью нагружения, т. е. в плоскости действия максимальных сдвиговых напряжений 2) излом всегда включает одну или две переходящих одна в другую плоскости максимальных сдвиговых напряжений  [c.373]

Один с центром в точке Oi, соответствующий случаю разрушения при сжатии (03 = = — сж. = 0). Второй с центром в точке О2, соответствующий случаю разрушения при растяжении (а, = О, Oj = Ор). Проведем к этим двум кругам касательные, как показано на рисунке. При этом обычно 0СЖ > (Jp и диаметр левого круга больший. Очевидно, что уравнение одной из этих прямых может быть записано в виде  [c.168]

Следует отметить, что длительные выдержки напряженных образцов из титановых сплавов под слоем солей в интервале 250-500°С могут не привести непосредственно к коррозионным разрушениям, но резко снизить их работоспособность, в частности усталостную прочность. Интересные данные по этому вопросу получены Б.А. Колачевым с сотрудниками [46]. Для изучения влияния солевой коррозии на усталостные характеристики был взят сплав ОТ4 в виде листового материала толщиной 1 мм. Образцы, отожженные в вакууме при 670°С ч), выдерживали на воздухе без соли и с солевой коркой при 350 и 400°С в течение 96 ч под нагрузкой й без нее, а затем испытывали на усталость при 20°С. В табл. 7 представлены данные о влиянии солевой коррозии на число циклов до разрушения при растяжении-сжатии с коэффициентом асимметрии цикла 0,1. Максимальное напряжение цикла составляло 450 МПа. Выдержка образцов с солевой коркой при 350°С без приложения нагрузки не снижает числа циклов до разрушения. Число циклов до разрушения образцов с солевой коркой после выдержки при 400°С в 2,8 раза меньше, чем образцов, выдержанных на воздухе при 400 0 без солевой корки. При действии напряжений/ (температура 350°С) число циклов до разрушения образцов с солевой коркой в 6 раз меньше, чем образцов без солевого покрытия. Очагами усталостных разрушений служат коррозионные повреждения поверхности.  [c.46]

Разрушение При растяжении. Разрушение при сдвиге.  [c.268] Разрушение при растяжении волокнистых композитов включает распространение разрушения в двух направлениях, но в других отношениях качественно подобно одномерному распространению при разрушении слоистых композитов. При этом, однако, имеется количественное расхождение в характере взаимодействия элементов при изолированных разрушениях и в числе видов распространения разрушения от элемента к элементу. Процесс накопления критической степени поврежденности в волокнистых композитах, армированных в нескольких направлениях, приводит к значительно более сложной картине неустойчивости разрушения, чем в рассмотренных выше случаях, поскольку при взаимодействии элементов происходит их изгиб и значительный поворот.  [c.180]

Ниже мы слегка коснемся статистических аспектов разрушения при растяжении слоистых материалов в процессе докритического роста трещин, связанного с накоплением повреждений. Изменчивость и масштабный эффект разрушения определяются только этой фазой разрушения. Для читателя, интересующегося вопросами вязкости разрушения и механики неустойчивого разрушения композитов, можно рекомендовать гл. V или работы [5, 11, 28, 35].  [c.181]

Сущ,ествует значительная разница в возникновении разрушений при растяжении в образцах, изготовленных из поверхностно обработанных и необработанных высокомодульных волокон. В случае необработанных волокон как при кратковременных, так и при циклических нагружениях возникают разрушения в виде метелки , как показано на рис. 12. В случае поверхностно обработанных волокон поверхность разрушения образцов по существу нормальна к направлению нагружения, и на ней, как показано на рис. 13, при небольшом увеличении видны некоторые характерные черты хрупкого разрушения.  [c.378]

Статический и усталостный механизмы разрушения при растяжении должны быть тесно связаны. Предполагается, что при достижении приложенным напряжением статической прочности  [c.379]

Для композитов с волокнами типа III не было найдено никаких экспериментальных данных, однако, так как деформация разрушения при растяжении у композита типа III больше, было бы нелогично считать, что его усталостные свойства близки к свойствам композита типа I.  [c.385]

Поверхности разрушения при растяжении хрупких волокон бора в композитах с алюминиевой матрицей обычно обладали цилиндрической симметрией и состояли из многократных параллельных разрывов [22, 28]. Это было истолковано так, что разрушение начинается в покрытии волокна и что волокно дробится, как предсказано в работе [51].  [c.414]

Высокая прочность современных волокнистых композитов в направлении армирования хорошо известна и широко используется. Этого нельзя сказать об уровне понимания механизмов разрушения при растяжении и влияния на них свойств составляющих композит материалов. Однако существует ряд методов, учитывающих отдельные важные аспекты процесса разрушения, на основании которых можно создать рациональную теорию разрушения композитов при растяжении в направлении волокон. Показано, что прочность композита, состоящего из пластичных фаз, определяется из прочности волокон арматуры посредством правила смесей ). При вычислении этим методом прочности композита с хрупкими волокнами возможны ошибки, связанные со статистической природой прочности волокон и с эффектами, возникающими из-за значительного различия в модулях упругости волокон и матрицы.  [c.39]

Пластилин и металл. В механизме их разрушения при растяжении много общего. Под действием напряжения в объеме металла развивается упругая деформация, при которой атомные слои, не разделяясь, взаимно сдвигаются.  [c.15]

Ступенчатое изменение напряжений в образце вызывает его неравномерную деформацию [427], что может быть причиной разрушения вблизи головки вследствие исчерпания ресурса пластичности материала в прилегающей к ней области. Этим может быть объяснена малая величина удлинения до разрушения при растяжении стандартных образцов со скоростью выше критической [129].  [c.78]

На рис. 1 показаны схемы возможных видов разрушения при растяжении и сжатии. Анализируя этот рисунок, можем заключить,  [c.20]

Выше уже говорилось о желательности иметь теорию, позволяющую сформулировать такой критерий, который и одних случаях, при одних напряженных состояниях, представлял бы собой критерий прочности, а в других, при других напряженных состояниях,-условие текучести. При этом желательно, чтобы одновременно выявлялся и вид предельного состояния (разрушение или текучесть). Кроме того, необходимо построение теории, учитывающей неодинаковость сопротивления разрушению при растяжении и сжатии, если таковая наблюдается в опыте. Первая попытка создать такую теорию была предпринята О. Мором (окончательный вариант теории в 1900 г. )). В этой теории делается предположение, что предельное состояние возникает на площадках, проходящих через направление главного напряжения кроме того, предполагается, что из трех главных напряжений величина Oj не влияет на возникновение предельного состояния.  [c.540]

На диаграмме наносятся механические характеристики материала истинное сопротивление разрушению при растяжении Sji, сопротивление срезу предел текучести и истинный сдвиг. е .чх в процентах.  [c.438]

Название металла Темпера- тура испытания в С Истинное сопротивление разрушению при растяжении в кГ мм предел прочности при растяжении в нГ мм Относи- тельное удлинение в Относи- тельное сужение а Число твердости по Бри-нелю  [c.326]

Аппроксимируем кривую напряжение-деформация для температуры Т = Tq выражением а( ) = Ото+схв . В момент разрушения при растяжении а(е) = ар, а г = O, где O — максимальное удлинение при растяжении. Тогда для комнатной температуры  [c.228]

Температурная зависимость пластичности титана. Пластичность металла при произвольной температуре может быть рассчитана при помощи формулы о(е) = о,о+ае , аппроксимирующей зависимость напряжение-деформация для комнатной температуры, если известна температурная зависимость модуля упругости Е Т). Если известна зависимость сТр(7 — в нашем случае она показана на рис. 5.23 жирной линией, то положив, что в момент разрушения при растяжении е = 5 и а(е) = Ор, получим зависимость в виде  [c.260]

Келли и Дэвис [9], а также Стауэлл и Лю [20] вывели уран-, нения для зависимости прочности композита от направления нагружения, основанные на трех механизмах разрушения. Ниже приведены эти уравнения, описываюш ие изменение прочности композита 0к с изменением угла между направлением нагружения и осью волокна 0, и указаны соответствуюш ие типы разрушения при растяжении.  [c.187]

Для подтверждения справедливости данного выше подхода обсудим в оставшейся части этого раздела статистические вопросы разрушения при растяжении отдельного класса композитов, состоящих из параллельно расположенных линейных непрерывных жестких, прочных и хрупких упрочняющих элементов, разделенных материалом матрицы, упругая или пластическая податливость которой значительно выше податливости упрочняющих элементов. Кроме того, предцоложим, что композит состоит из листов, толщина которых много меньше других размеров, и нагружение происходит только в плоскости листа. Хотя этот вид слоистой микроструктуры является весьма частным среди большого многообразия присущих композитам видов микроструктуры, но он имеет широкое применение при конструировании легких тонкостенных оболочек и конструкций из тонких панелей. Эти материалы мы будем называть слоистыми композитами в отличие от композитов, под которыми мы будем подразумевать материалы со структурой более общего вида.  [c.178]

Были осуществлены и изгибные испытания однонаправленных стекло-эпоксидных образцов в условиях разрушающих нагрузок [33] результаты, показавшие большой разброс, оказались близки к данным, полученным при растяжении (рис. 20). Предполагалось, что поскольку при изгибных испытаниях возникает как растяжение, так и сжатие (дополнительно к сдвигу), то сначала нужно изучить временной механизм при сжатии. Объединяя его с механизмом замедленного разрушения при растяжении, уже можно проанализировать задачу изгиба и определить способ разрушения при различных комбинациях волокно — матрица.  [c.296]

Статистические модели разрушения при растяжении однонаправленных композитов разработаны в [1, 2, 3]. В соответствии с этими моделями к разрушению композита приводит следующая последовательность событий. Вначале происходят отдельные разрывы волокон при низких уровнях напряжений. Вследствие перераспределения напряжений увеличивается нагрузка на целые волокна и число разрывов по мере роста нагрузки возрастает. Рост нагрузки, приложенной к образцу,  [c.40]

Однако практически все виды объемного разрушения начинаются с поверхности. Ив случае объемного разрушения возможно взаимодействие поверхностного слоя с окружающей средой, которое оказывает влияние на процесс последующего разрушения. Роль поверхности в усталостном разрушении и пути повышения усталостной прочности материалов посредством соответствующей поверхностной обработки описаны в литературе, например в [71]. Развитие процесса разрушения при растяжении также происходит с поверхности. В качестве примера можно привести работу [163], в которой исследуются особершости развития микроскопических несплошностей в поверхностных слоях алюминия, деформированного растяжением. Отггосительное изменение плотности по сечению образца измерялось флотационным методом с использованием химической полировки. Изменение плотности но сечениюимеет вид нисходящей кривой с максимумом на поверхности. Наибольшее изменение Д р/р (в 2 раза), связанное с образованием микротрещин, происходит в слое толщиной 2-3 мкм, что позволяет авторам сделать вывод о важной роли поверхностного слоя при разрушении исследуемого материала.  [c.106]

Разрушение при растяжении. Еще большую сложность представляет испытание бетона на растяжение. Ведет себя бетон при таких испытаниях, как хрупкий материал. Опыт показывает, что для ряда бетонов удовлетворительные результаты дает эмпирическая формула Ферэ, позволяющая находить предел прочности при растяжении по кубиковой прочности  [c.368]

Вязкое разрушение ) при растяжении стержня постоянной нагрузкой в условиях ползучести. В 1953 г. появилась работа Н. Дж. Хоффа ). В ней автор приводит результаты произведен- ного им исследования поведения растягиваемого образца в виде круглого цилиндрического стержня, выполненного из вязкоупругого материала. Автор проанализировал два вопроса — определил продолжительность жизни образца и изучил форму образца в районе шейки ). Нас здесь будет интересовать лишь первый из этих вопросов. При равномерном распределении на торцах сил, растягивающих стержень, материал последнего находится в однородном линейном напряженном состоянии. Автор опускает  [c.581]

Волокнистое строение сталй после горячей обработки приводит к резко выраженной анизотропии свойств, тем большей, чем больше степень деформации. Образцы, вырезанные поперёк волокна, показывают при испытании пониженные механические свойства по сравнению с образцами, вырезанными вдоль волокна. Направление волокна сказывается преимущественно на пластичности и вязкости стали (при определении сопротивления стали разрушению при растяжении можно обнаружить в поперечных образцах также пониженную прочность) [12]. При горячей механической обработке следует стремиться располагать волокно металла параллельно конфигурации детали.  [c.325]

При одноосном растяжении П, материала оценивается величиной удлинения, измеренной в момент разрушения. При растяжении пластичных материалов разрушению цилиндрич. образца предшествует потеря устойчивости — равномерные удлинения и умевьшенше поперечного сечения сменяются образованием т. н. шейки, к-рая представляет собой деформацию относительно небольшого участка образца. Такая локальная деформация оценивается величиной относит. у.меньшс1шя сечения ф = (фо — фк)/фо (Фп — нач. сечение образца, Фк — сечение образца в шейке в момент ра.зрупгения). Наступление потери устойчивости материала зависит от чувствительности напряжения пластич. точения материала к скорости деформирования.  [c.631]

В инженерной практике напряжение отрыва сготр обычно отождествляется с сопротивлением разрыва ag стержневого образца, о котором говорилось в 6.1. Строго говоря, это справедливо лишь в случае хрупких материалов, разрушающихся без заметных пластических деформаций. В случае материалов с выраженными пластическими свойствами, как правило, нельзя приравнять величины as и другой модели разрушения- модели среза (см. ниже). Кроме того, имеется возможность  [c.122]

Наибольшая величина растягивающей образец силы изображается ординатой ООй она часто называется разрушающей нагрузкой, так как необходима для того, чтобы началось разрушение окончательное же разрушение происходит при нагрузке, изображаемой на диаграмме ординатой точки К- Напряжение, вызванное наибольшей нагрузкой, носит название предела прочности или временного сопротивления а . Предел прочности, полученный как частное от деления наибольшего груза на первоначальную площадь поперечного сечения образца, характеризует величину тех сил, которые необходимы, чтобы довести стержень из рассматриваемого материала до разрушения при растяжении для малоуглеродистой стали эта величина достигает 4000 кГ1см .  [c.41]

Источник