Физико-механические свойства материалов: Конспект лекций (Общие положения материаловедения. Механические свойства в случае стандартного воздействия. Напряженное состояние произвольно нагруженной детали. Магнитные свойства), страница 12

Силовой критерий распространения трещины формулы Ирвина:

Энергетический критерий распространения трещины:

Идеология, описывающая фазовые превращения, такие как кристаллизация, перекристаллизация может быть использована и при описании процессов разрушения.

При описании кристаллизации учитываются затраты свободной энергии на образование зародышей и выигрыш свободной энергии при образовании. При разрушении так же можно выделить затраты на образование трещины.

- затраты на образование трещины.

При росте трещины снижается уровень энергии упругой деформации образца – это рассматривается, как выигрыш энергии. Если l_тр< l_кр, то затраты на рост трещины оказываются больше, чем выигрыш при снижении упругой энергии. Для кристаллизации это грозит исчезновением зародыша. При разрушении это формирует условия, что трещина сама расти не может. В этом случае рост трещин возможен только за счет появления коротко живущих флуктуаций.

Если l_тр > l_кр, то в этом случае затраты на рост трещины оказываются ниже выигрыша энергии упругой деформации. За счет накопленной упругой энергии в материале, материал «сам себя разрывает». В этом случае скорость распространения трещины равна скорости звука.

В настоящее время механика разрушения постулирует, что при наличие трещины длиной меньше критической, деталь не теряет своей работоспособности и может эксплуатироваться определенный промежуток времени, пока трещина не достигнет критического размера. В этом случае деталь должна обязательно находиться под контролем неразрушающих средств (дефектоскопии). Как правило, это осуществляется при планово предупредительных ремонтах, машин и механизмов.

В настоящий момент однозначного способа контроля процесса разрушения не существует. Для описания тенденции разрушения введен параметр поврежденности металла. Если появляется трещина, то она сопротивляется увеличению объема.

Развитие поврежденности можно рассматривать, как процесс упругости и пластичности протекающей параллельно.

Разрушение

Критический уровень

Обратимый уровень

С развитием пластической деформации поврежденность постепенно увеличивается, то есть накапливаются микротрещины.

Уровень поврежденности, когда ее можно снизить до (начальная оценка плотности) операциями термической обработки (например, с помощью рекристаллизационного отжига). Если поврежденность достигла критического уровня, то это значит, накопившиеся трещины соединяются в единую макротрещину. Деталь разрушается.

Когда плотность металла упала на 20%, то он не в состоянии выдержать нагрузку. Он разрушается.

Поврежденность показывает тенденцию по развитию разрушения в деформируемых материалах.

Таким образом, закончили рассмотрение модели деформирования любого материала. Модель деформирования предусматривает упругое поведение, пластическое развитие поврежденности, которая заканчивается разрушением.

Макроскопическая модель деформирования материала.

Кривая реальной деформации проходит ниже идеальной за счет дефекта модуля упругости

Пластичность характеризуется: упрочнением, дискретностью, локальностью, стадийностью. Дополнительно развивается поврежденность.

Критический уровень

В момент достижения критического уровня происходит разрушение.

Модель позволяет выявить основные тенденции и закономерности поведения материала при механическом нагружении. В частности, влияние напряженного состояния.

 коэффициент мягкости, определяется отношеним касательного напряжения (которое вызывает движение дислокаций, определяет кривую пластической деформации) к максимальному нормальному напряжению (вызывает рост трещин, способствует разрушению).

При увеличении коэффициента мягкости доля нормальных напряжений падает, вероятность появления трещин уменьшается. При понижении коэффициента мягкости вероятность повреждения увеличивается, и разрушение наступает раньше. В ряде случаев разрушение наступает даже в упругой области.

УПРОЧНЕНИЕ И РАЗУПРОЧНЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

НА ПРИМЕРЕ СИСТЕМЫ Fe – C.

При разупрочнение предел текучести уменьшается, трещиностойкость увеличивается. При упрочнении, предел текучести увеличивается, оптимальная трещиностойкость снижается.