|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Хрупкость | Хрупкость (далее Х) свойство материала разрушаться при небольшой (преимущественно упругой) деформации под действием напряжений, средний уровень которых ниже предела текучести. Образование хрупкой трещины и развитие процесса хрупкого разрушения связано с образованием малых зон пластической деформации (см. Прочность). Относительная доля упругой и пластической деформации при хрупком разрушении зависит от свойств материала (характера межатомных или межмолекулярных связей, микро- и структуры) и от условий его работы. Приложение растягивающих напряжений по трем главным осям (трехосное напряженное состояние), концентрация напряжений в местах резкого изменения сечения детали, понижение температуры и увеличение скорости нагружения, а также повышение запаса упругой энергии нагруженной конструкции способствуют переходу материала в хрупкое состояние. Например, существенно упругий материал — мрамор, хрупко разрушающийся при растяжении, в условиях несимметричного по трем главным осям сжатия ведет себя как пластичный материал; чем выше концентрация напряжений, тем сильнее проявляется Х материала, и т.д. Поэтому Х следует рассматривать в связи с условиями работы материала.
Условием роста хрупкой трещины является нарушение равновесия между освобождающейся при этом энергией упругой деформации и приращением полной поверхностной энергии (включая и работу пластической деформации тонкого слоя, примыкающего к краям трещины). Хрупкая прочность элемента с трещиной обратно пропорциональна  , где l — полудлина трещины. В линейной теории механики упругого разрушения вводится константа материала 1c (вязкость разрушения), характеризующая сопротивление развитию трещины в условиях плоской деформации. Хрупкая трещина распространяется с большой скоростью (около 1000 м/сек в стали, что составляет примерно 1/5 от скорости распространения упругой волны сдвига).
Склонность материала к хрупкому разрушению оценивают обычно по температурным зависимостям работы разрушения или характеристик пластичности, позволяющих определить критическую температуру хрупкости Ткр, т. е. температуру перехода из пластического состояния в хрупкое. Чем выше Ткр, тем более материал склонен к хрупкому разрушению.
При рассмотрении макроскопических закономерностей хрупкого разрушения необходимо учитывать две независимые характеристики — сопротивление пластической деформации (предел текучести ss) и сопротивление хрупкому разрушению (хрупкая прочность, сопротивление отрыву oт). При понижении температуры испытания, введении надрезов — концентраторов напряжения, увеличении скорости деформации ss возрастает быстрее, чем oт, вследствие чего происходит переход от вязкого разрушения к хрупкому (рис.).
Представление о возникновении хрупкого разрушения как результате небольшой предварительной пластической деформации лежит в основе дислокационной теории разрушения. Зарождение хрупких трещин связывают с плоским скоплением линейных дефектов решетки — дислокаций — перед каким-либо препятствием, которым могут служить границы зерен или субзерен, различные включения и т.п. При этом возникает высокая концентрация напряжений, пропорциональная касательному напряжению от внешней нагрузки и длине скопления дислокаций.
Характерной особенностью хладноломких переходных металлов (см. Переходные элементы, Хладноломкость) является резкий рост предела текучести при понижении температуры ниже 0,2 от температуры плавления и при повышении скорости деформации. Увеличение сопротивления пластической деформации затрудняет релаксацию напряжений в металле под нагрузкой как на стадии возникновения трещины (перед скоплением дислокаций), так и на стадии ее развития (в пластической зоне перед кончиком растущей трещины), способствуя переходу металла в хрупкое состояние.
Вместе с тем Х — структурно-чувствительное свойство. Неоднородности структуры и состава металлов, рост размеров зерен, содержание вредных примесей, выделение хрупких фаз, особенно по границам зерен, повышают Ткр. элементов, образующие твердые растворы внедрения, взаимодействуют с дислокациями, уменьшая их подвижность и способствуя переходу вещества в хрупкое состояние. Очистка металлов от внедрения (С, О, ) понижает Ткр. Легирование может как повышать, так и понижать Ткр вследствие изменения фазового состава и структуры металлов, а также в результате влияния на подвижность дислокаций в металле. Облучение металлов частицами высоких энергий вызывает увеличение сопротивления движению дислокаций, повышает степень закрепления последних и приводит к возрастанию Ткр. Упорядочение в расположении также обусловливает повышение Ткр.
Исследования поверхности разрушения (фрактография) указывают на то, что трещина хрупкого разрушения в металлах и сплавах распространяется вдоль простых плоскостей (скола) либо по границам зерен. Последний случай обусловлен адсорбционным обогащением границ зерен вредными примесями (Р, , и др. элементами в сталях), резко снижающими силы сцепления между зернами.
Специфические виды Х — Х и замедленное разрушение стали и сплавов — проявляются только при очень низких скоростях нагружения или при длительном воздействии статической нагрузки ниже предела текучести. Металл в этих случаях может не обнаруживать повышенной склонности к хрупкому разрушению при обычных ударных испытаниях. Разрушение развивается в три стадии — инкубационный период, стадия медленного роста хрупкой трещины и быстрый долом после достижения трещиной критической длины. Медленный скачкообразный рост хрупкой трещины в закаленной стали связан с тем, что при закалке возникают упругие микронапряжения, облегчающие рост трещины при невысоких напряжениях, приложенных извне. Облегчение же роста трещины в случае Х вызывается диффузией Н в область напряженного состояния перед растущей трещиной.
Лит.: Дроздовский Б. А., Фридман Я. Б., Влияние трещин на механические свойства конструкционных сталей, М., 1960; механизм разрушения, пер. с англ., М., 1963; Черепанов Г. П., Механика хрупкого разрушения, М., 1974.
С. И. Кишкина, В. И. Саррак.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 23.11.2024 10:55:41
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
