Влияние внешних факторов на процесс разрушения.
Значительное влияние на склонность материалов к хрупкому разрушению оказывают и такие внешние, не связанные со структурой, условия, как состояние поверхности детали, ее размеры, характеристики окружающей среды и др. Учет этих факторов необходим при определении конструктивной прочности изделий, которая в ряде случаев существенно отличается от прочности материала, определенной при лабораторных испытаниях. Это расхождение, очевидно, связано с несоответствием лабораторных условий конкретным условиям эксплуатации изделий. Прежде всего, во многих случаях детали различных машин и аппаратов больше по размерам и сложнее по форме, чем образцы. В изделиях сложной конфигурации трудно добиться достаточной чистоты поверхности и избавиться от других (не связанных с поверхностными неровностями) концентраторов, роль которых играют разнообразные выточки, сверления, шпоночные пазы или иные технологические отверстия, предназначенные для смазки, сборки и т. д.
Условия нагружения в процессе работы могут быть нерегулярными (и часто нерегулируемыми), а напряженное состояние много сложнее, чем одноосное растяжение. Тепловы'е напряжения, возникающие при охлаждении после сварки или в результате операций термической обработки, могут приближаться к пределу текучести материала в определенных местах детали или даже превосходить его, что вызовет локальную пластическую деформацию и, возможно, образование трещин. Наконец, при службе изделий возможно воздействие на их поверхность таких сред, физико-химические свойства которых значительно отличаются от свойств обычной среды лабораторных испытаний, выполняемых в атмосферных условиях.
Конечно, проводя механические испытания материалов, стремятся максимально приблизить лабораторные условия к эксплуатационным: воспроизвести условия нагружения (температуру, скорость, периодичность приложения нагрузки) и состав окружающей изделие среды, учесть влияние концентраторов напряжений путем нанесения надрезов и т. д. Степень такого приближения во многих случаях недостаточна для правильного предсказания свойств детали по данным лабораторных испытаний. Поэтому в настоящее время стремятся проводить натурные испытания деталей и целых машин.
Состояние поверхности — один из важнейших факторов, влияющих на механические свойства материала. Это влияние связано с небольшими выступами или впадинами на плохо обработанной поверхности, в которых концентрируются напряжения. Поверхностные неровности могут играть роль хрупких трещин и значительно снижать прочность материала. Например, хрупкие в обычных условиях кристаллы каменной соли становятся пластичными, если при испытании их погрузить в теплую воду, растворяющую дефектный поверхностный слой (эффект Иоффе). При высушивании кристаллов хрупкость восстанавливается, так как кристаллизация соли на влажной поверхности снова создает неровности, способствующие концентрации напряжений. Удалив с поверхности этот соляной раствор, можно получить пластичное состояние и у сухого кристалла. Тщательная полировка поверхности металлических образцов также приводит к увеличению измеряемых прочностных и пластических свойств.
Прочность изделий с неровной поверхностью повышается, если в поверхностном слое создать сжимающие напряжения, препятствующие раскрытию поверхностных трещин. Этот прием используют при специальной обработке поверхности металлических деталей (например, дробеструйная обработка или обкатка роликами), а также при некоторых операциях термической и химикотермической поверхностной обработки, существенно увеличивающей срок их службы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.