Разрушение металлов

      Температура хрупко-вязкого перехода некоторых  материалов, например вольфрама, кремния и хрома, в обычных условиях значительно выше комнатной. Такие материалы обычно считаются хрупкими, и придавать им нужную форму за счет пластической деформации можно только при нагреве. В то же время медь, алюминий, свинец, никель, некоторые марки нержавеющих сталей и другие металлы и сплавы вообще не становятся хрупкими при понижении температуры. Хотя многое уже известно о хрупком разрушении, это явление нельзя еще считать полностью изученным [6].

  Усталостью называется разрушение конструкции под действием циклических нагрузок. Когда деталь изгибается то в одну, то в другую сторону, ее поверхности поочередно подвергаются то сжатию, то растяжению. При достаточно большом числе циклов нагружения разрушение могут вызывать напряжения, значительно более низкие, чем те, при которых происходит разрушение в случае однократного нагружения. Знакопеременные напряжения вызывают локализованные пластическую деформацию и деформационное упрочнение материала, в результате чего с течением времени возникают малые трещины. Концентрация напряжений вблизи концов таких трещин заставляет их расти. Сначала трещины растут медленно, но по мере уменьшения поперечного сечения, на которое приходится нагрузка, напряжения у концов трещин увеличиваются. При этом трещины растут все быстрее и, наконец, мгновенно распространяются на все сечение детали. Усталость, несомненно, является самой распространенной причиной выхода конструкций из строя в условиях эксплуатации. Особенно подвержены этому детали машин, работающие в условиях циклического нагружения. В авиастроении усталость оказывается очень важной проблемой из-за вибрации. Во избежание усталостного разрушения приходится часто проверять и заменять детали самолетов и вертолетов [7].

     Ползучестью (или крипом) называется медленное нарастание пластической деформации металла под действием постоянной нагрузки. С появлениемвоздушно-реактивных двигателей, газовых турбин и ракет стали приобретать все более важное значение свойства материалов при повышенных температурах. Во многих областях техники дальнейшее развитиесдерживается ограничениями, связанными с высокотемпературными механическими свойствами материалов. При нормальных температурах пластическая деформация устанавливается почти мгновенно, как только прикладывается соответствующее напряжение, и в дальнейшем мало увеличивается. При повышенных же температурах металлы не только становятся мягче, но и деформируются так, что деформация продолжает нарастать со временем. Такая зависящая от времени деформация, или ползучесть, может ограничивать срок службы конструкций, которые должны длительное время работать при повышенных температурах. Чем больше напряжения и чем выше температура, тем больше скорость ползучести. Типичные кривые ползучести представлены на рисунке 3. После начальной стадии быстрой (неустановившейся) ползучести эта скорость уменьшается и становится почти постоянной. Перед разрушением скорость ползучести вновь увеличивается. Температура, при которой ползучесть становится критической, неодинакова для разных металлов. Предметом забот телефонных компаний является ползучесть подвесных кабелей в свинцовой оболочке, работающих при обычных температурах окружающей среды; в то же время некоторые специальные сплавы могут работать при 800°С, не обнаруживая чрезмерной ползучести [8]. 

Рисунок 3 - Кривые ползучести

      Срок  службы деталей в условиях ползучести может определяться либо предельно допустимой деформацией, либо разрушением, и конструктор должен всегда иметь в виду эти два возможных варианта. Пригодность материалов для изготовления изделий, рассчитанных на длительную работу при повышенных температурах, например, лопаток турбин, трудно оценить заранее. Испытания за время, равное предполагаемому сроку службы, зачастую практически невозможны, а результаты кратковременных (ускоренных) испытаний не так просто экстраполировать на более длительные сроки, поскольку может измениться характер разрушения. Хотя механические свойства жаропрочных сплавов постоянно улучшаются, перед металлофизиками и материаловедами всегда будет стоять задача создания материалов, способных выдерживать еще более высокие температуры [9]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Заключение

     Чем больше в металле возможных плоскостей и направлений скольжения, тем выше его способность к пластической деформации. Металлы, имеющие кубическую кристаллическую решетку, обладают высокой пластичностью, так как скольжение в них происходит во многих направлениях. Металлы с плотноупакованной структурой менее пластичны и поэтому труднее, чем металлы с кубической структурой, поддаются прокатке, штамповке и другим способам деформации.

     Процесс скольжения не следует представлять как одновременное передвижение одной части кристалла относительно другой. Такой жесткий, или синхронный, сдвиг потребовал бы напряжений, в сотни или даже тысячи раз превышающие те, при которых в действительности протекает процесс деформации.

10]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗВОННЫХ ИСТОЧНИКОВ 

          1. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов. – М.: Высшая школа 1979. – 341с.

         2.   Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюнин В.М. Материаловедение и технология металлов. – М.: Высшая школа, 2009. – 637с.

         3. Павлов П.А. Механические состояния и прочность материалов, 1980. –251 с.

        4. Соболев Н.Д., Богданович К.П. Механические свойства материалов и основы физики прочности. – М.: Высшая школа, 1985. – 146 с.

        5. Жуковец И.И. Механические испытания металлов, – М.: Высшая школа 1986. – 200 с.

        6. Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов.    – М.: Высшая школа 1998. – 188 с.

        7.   Фетисов Г.П., Карпман В.Г., Матюнин В.П. и др. Материаловедение технология металлов. – М.: Высшая школа, 2000. – 638 с.

        8.   Винокуров В.А. Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности.– М.: Издательский центр «Академия» 1996.–576 с.

        9.    Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с. 

       10.  Волков Г.М., Зуев В.М. Материаловедение. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 134с.