Реферат: Закрытие трещин и его влияние на циклическую трещиностойкость

Развитие ЗТО характерно для большинства низколегированных сталей низкой и средней прочности. Склонность к ЗТО ощутимо убывает при легировании сталей. Это происходит в следствие упрочнения стали, так и благодаря повышению при легировании ее стойкости к развитию коррозиционных процессов. Снижение уровня прочности, независимо от того, каким путем оно достигается, облегчает начало фреттинг-коррозии и, как правило, способствует усилению оксидообразования на берегах трещины. Развитию автокаталитнческого оксидообразования способствует достижение определенного числа точек контакта сопряженных берегов трещины, обеспечивающего переход в стадию автокаталитического утолщения продуктов коррозии на поверхности излома. Такой процесс облегчается при уменьшении шероховатости излома и образовании однородного по высоте рельефа поверхности разрушения, что, в свою очередь, определяется структурным состоянием материала.

Влияние структуры материалов на ЗТШ. ЗТШ - альтернативный механизм ЗТО. Уровень ЗТШ усиливается по мере увеличения рельефности излома, что и определяет основные пути воздействия на структуру с целью достижения максимального проявления ЗТШ и увеличения его вклада в общий уровень циклической трещиностойкости материалов. При низких скоростях роста усталостной трещины повысить рельефность изломов можно двумя путями - увеличивая размеры структурных составляющих (размер зерна перлитных колоний и т.п.), разрушение которых при росте усталостной трещины происходит путем сдвига вдоль определенных кристаллографических плоскостей, или же формируя структуры обеспечивающие рост усталостной трещины по хрупким механизмам внутри - и межзеренного скола. Внутризеренный скол может, в частности, происходить в случае распространения трещин сквозь участки перлита в ферритно-перлитной структуре или разрушения низкоуглеродистых сталей при пониженных температурах. Увеличение размера зерна или перлитной колонии при повышает уровень ЗТШ. Развитие межзеренного скола в условиях припорогового роста усталостной трещины происходит главным образом после упрочняющих обработок, сопровождающихся сегрегацией примесей фосфора, мышьяка, сурьмы и других элементов на границах зерен. Повышение номинального порогового размаха коэффициента интенсивности напряжения , вызванное высоким уровнем ЗТШ, может сопровождаться снижением эффективных пороговых размахов коэффициента интенсивности напряжения и ускоренным ростом усталостной трещины на средне- высокоамплитудных участках кинематической диаграмме усталостного разрушения.

На каждый из трех рассмотренных механизмов закрытия трещины наиболее широко применяемые структурно-металлургические факторы упрочнения сталей и сплавов воздействуют следующим образом (табл. 1). Увеличение размеров зерна или перлитовой колонии несколько снижает уровень ЗТП, подавляет ЗТО и усиливает ЗТШ. Твердорастворное упрочнение и холодная пластическая деформация приводят к ослаблению ЗТП в связи с понижением пластичности материалов. Уровень ЗТО при этом также убывает, однако одновременно может существенно возрасти вклад ЗТШ, что в конечном итоге способно вызвать рост номинального порогового размаха коэффициента интенсивности напряжения . Основная причина подавления ЗТО и развития ЗТШ в данном случае - повышение склонности упрочненных сталей к хрупкому разрушению в процессе роста усталостной трещины. Так, при холодном наклепе малоуглеродистой стали помимо упрочнения феррита возможно растрескивание зернограничних карбидов, которые служат инициатором внутризеренного скола феррита при росте усталостной трещины с низкими скоростями, что приводит к увеличению шероховатости поверхности разрушения. Повышение содержания углерода обеспечивает отожженной стали увеличение объемной доли карбидной фазы и формирование ферритно-перлитной структуры феррит - сфероидальные карбиды. В первом случае укрупнение участков перлита способно повысить уровень ЗТШ, поскольку их разрушение частично протекает по механизму внутризеренного скола. Повышение объемной доли сфероидизированных карбидов снижает склонность к реализации ЗТП при росте усталостной трещины с низкими скоростями и практически не влияет на уровень ЗТО и ЗТШ. Подобным образом изменяется вклад различных механизмов закрытия трещины в общей уровень порогового размаха коэффициента интенсивности напряжения при повышении содержания углерода в высокоотпущенных сталях.

Структур-ные факторы

Размер зерна или перлитовой колонии (d)

Твердораствор-ное упрочнение и холодный наклеп

Содержание углерода в высокоотпущен-ной стали (С, % )

Повышение температуры отпуска

Табл. 1. Влияние структурных факторов на уровень закрытия трещины, реализуемого по различным механизмам.

- размах коэффициента интенсивности напряжения с учетом закрытия трещины.

Знание основных тенденций изменения уровня и механизмов закрытия трещины под действием структурно-металлургических факторов, а так же условий эксплуатации конкретных элементов конструкций открывает возможность целенапраленного воздействия на материал с целью получения максимального сопротивления росту усталостной трещины в изделиях. Наличие информации о вкладе закрытия трещины в кинетику роста усталостной трещины дает возможность углубленного взгляда на строение кинематической диаграммы усталостного разрушения и осмысление оценки условий формирования тех или иных параметров циклической трещиностойкости сплавов.