загрузка...
 
2) Хрупкое разрушение
Повернутись до змісту

2) Хрупкое разрушение

Хрупкое разрушение представляет собой очень быстрое распространение трещины после незначительной пластической деформации или вообще без нее. После начала роста трещины при хрупком поведении мате­риала скорость ее распространения быстро возрастает от нуля до некоторой предельной величины, равной примерно трети скорости распространения звука в материале. В поликристаллических материалах разрушение происходит по плоскостям расщепления кристаллов, в результате чего поверхность разрушения получается зер­нистой из-за различия ориентации кристаллов и плоскостей их расщепления. Иногда хрупкое разрушение происходит в основном по границам зерен; такое разрушение называется межкристалли­ческим.

    В некоторых материалах (особенно это характерно для металлов с объемно-центрированной кубической решеткой) при низких температурах, высоких скоростях деформации или при наличии надрезов также может происходить переход от вязкого поведения к хрупкому. Поэтому при применении таких материалов целесообразно избегать таких ситуаций, в которых возможно хрупкое поведение. Классическим является пример с некоторыми сварными кораблями и тан­керами времени второй мировой войны, в которых происходил такой переход в результате воздействия низких температур в Северной Атлантике и которые буквально разламывались пополам в резуль­тате быстрого распространения хрупкой трещины, возникавшей при воздействии слабых ударных нагрузок и остаточных напряжений от сварки. Другие примеры наблюдались при разрушении мостов, сосудов давления, дымовых труб, напорных трубопроводов и газопроводов.

Выше отмечалось, что теоретическая оценка сдвиговой прочности кристаллических металлов на основе анализа сил меж­атомного сцепления приводит к значениям прочности в несколько миллионов ньютонов на квадратный сантиметр. Оценка теоре­тического предела текучести  составляет примерномодуля Юнга. Это означает, что теоретический  пре­дел  текучести для    сталей    должен   быть   около 

2.1?104    МПа, реально наблюдаемые величины на один – два порядка меньше.

Для других материалов разница еще значительнее — в некоторых случаях до пяти порядков.

Есть еще ряд вопросов, требующих ответа. Например, наблюдаемые в опытах и определяемые экспериментально упругие деформа­ции намного превышают предсказываемые теоретическим анализом при тех же самых нагрузках. Кристаллы после предварительной деформации становятся прочнее. Механические свойства меняют­ся при изменении температуры. Все эти вопросы стимулировали исследования, имеющие целью объяснить поведение материалов.

    Различие между теоретической и фактической прочностью, по-видимому, означает существование в реальном материале каких-то локальных концентраторов напряжений, повышающих их до такой степени, что теоретическая прочность локально превышается и начинается разрушение. Гриффитс в 1920 г. предположил, что хрупкие материалы содержат множество субмикроскопических трещин, которые в условиях действия достаточно высоких напряжений рас­тут до макроскопических размеров, в результате чего в конце концов происходит хрупкое разрушение. Теория Гриффитса и другие аналогичные теории будут более подробно рассмотрены ниже.



загрузка...