Эксплуатационные дефекты в условиях воздействия постоянных нагрузок

Трещины однократного нагружения образуются в материале деталей при воздействии на них нагрузок, превышающих прочность деталей.

Если предшествующая образованию трещины деформация происходила в объеме, соизмеримом с объемом детали, то трещину называют трещиной вязкого разрушения.

Если в зоне образования трещины отсутствуют видимые следы макропластической деформации, то трещину называют хрупкой.

Вязкие трещины имеют, как правило, внутризеренный характер распространения, ориентированы либо нормально к направлению действия растягивающих напряжений, либо совпадают с направлением действия касательных напряжений.

Хрупкое разрушение может иметь как внутризеренный, так и межзеренный характер, приводя соответственно к образованию кристаллического или зернистого излома. Хрупкие трещины располагаются по поверхностям, перпендикулярным к направлению действия наибольших растягивающих напряжений.

Трещины замедленного разрушения. Замедленным (задержанным) разрушением принято понимать хрупкое разрушение, наступающее с течением времени под воздействием статической нагрузки при напряжениях, меньших предела прочности (иногда ниже предела текучести) материала без влияния повышенной температуры и коррозионных активных сред.

К факторам, повышающим склонность материалов к замедленному разрушению, относят:

1) наличие в них водорода;

2) в закаленных сталях - закономерности мартенситного превращения, приводящего к возникновению в структуре стали остаточных микронапряжений;

3) постепенное накопление дефектов структуры при вязком течении по границам зерен.

Возникновению трещин замедленного разрушения способствуют наличие на поверхности детали хрупкого слоя, монтажные перекосы. Часто решающим фактором является действие внутренних растягивающих напряжений, возникающих при сварке, закалке, механической обработке и т.д.

Разрушение под влиянием водорода (водородная хрупкость). Под влиянием растворенного водорода металлы могут настолько охрупчиваться, что уже при приложении малого растягивающего напряжения образуются трещины. Источниками поступления водорода могут явиться термическая диссоциация воды при металлургических процессах (литье, сварка), диссоциация газов, коррозия, гальванические процессы и т.п.

При диффузии водорода извне границы зерен оказываются наиболее благоприятными путями диффузии; они тем самым вносят преимущественный вклад в охрупчивание. Другими благоприятными путями проникновения водорода являются также поры и неметаллические включения.

Вызванное воздействием водорода разрушение происходит интенсивнее при действии внешней медленно возрастающей или постоянной статической нагрузки (замедленное разрушение); наличии остаточных напряжений (усадочные напряжения и напряжения, связанные с превращениями); холодной деформации; увеличении прочности в результате закалки; при низких темпе­ратурах (но выше -70° С).

Трещины ползучести. Разрушение деталей после пластического течения их материала под воздействием постоянного напряжения при относительно высоких температурах называется разрушением от ползучести. Для ползучести характерно множественное трещинообразование.

Для длительного высокотемпературного нагружения типично межзеренное разрушение, однако, не исключено и внутризеренное разрушение, возможность которого определяется скоростью деформирования и температурой. С повышением температуры переход от внутризеренного к межзеренному разрушению смещается в область более высоких скоростей деформирования.

Большое влияние на характер разрушения оказывает размер зерен и их разнозернистость. Для материала с разнородным зерном характерно межзеренное разрушение в области малых зерен и внутризеренное - более крупных.