Возникновение и развитие усталостных трещин

ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН [c.76]

Рис. 44. Изменение скорости развития усталостной трещины при трех различных уровнях напряжения, устанавливаемых после возникновения трещины / = 1 см

Подавляющее число деталей машин, оборудова [ия для добычи, транспорта, хранения и переработки нефти и газа в процессе эксплуатации подвергаются воздействию циклически изменяющихся нагрузок. Поэтому примерно 90% повреждений связано с возникновением и развитием усталостных трещин, которые.-создают предпосылки для крупного разрушения, и в этом одна из главных при шн их опасности. [c.54]

Еше одним не менее важным фактором является место возникновения и развития усталостных трещин. Как правило, трещины располагаются в глубине канавки резьбы, прилегая к той или иной грани, однако возможно возникновение трещин также на других витках резьбы и на без-резьбовых участках ОК, особенно если на них имелись какие-либо повреждения. [c.673]

Сопротивление таких кривых, полученных при испытании металла на воздухе и в коррозионной среде (например, воде, паре), дает информацию по влиянию Коррозионной среды на предел выносливости. Однако не всегда такое сопротивление может быть успешно использовано для оценки стойкости металла к коррозионной усталости. Это объясняется тем, что для некоторых металлов определяющую роль в усталостном разрушении играет скорость распределения трещины, а не возникновение первоначального дефекта, из которого она начинает свой рост. Целесообразно в этой связи исследовать развитие усталостной трещины на образцах с предварительно нанесенным надрезом, а данные о влиянии коррозионной усталости представлять в виде зависимостей роста усталостной трещины от интенсивности напряжений. [c.184]

Концентрирование углерода приводит к локальному охрупчиванию металла и преимущественному зарождению в этих местах усталостных трещин. Причем показано [67], что с увеличением глубины проникновения углерода изменяется характер развития трещин от возникновения единичных при незначительной глубине, до появления растрескивания на относительно больших поверхностях. [c.118]

Согласно современным представлениям о механизме коррозионно-усталостного разрушения, это явление обусловлено возникновением и развитием трещин, тесно связанных с полосами скольжения, появлением гальванических элементов между основанием концентратора напряжений и периферией с последующей депассивацией металла в точках растрескивания, что влечет за собой возникновение новых анодных участков. Одновременное действие циклических растягивающих нагрузок и анодного растворения металла у основания трещин приводит к дальнейшему распространению транскристаллитной трещины в глубь металла с уменьшением полезной площади его поперечного сечения. После достижения трещиной длины трещины Гриффитса дальнейший ее рост становится самопроизвольным под действием нормальных напряжений, имеющихся в теле, и происходит хрупкое разрущение металла. [c.121]

В отличие от трещин, реальные концентраторы и дефекты, даже наиболее острые, имеют Малый, но конечный радиус окончания. Геометрические формы надреза оказывают влияние на процесс зарождения и развития усталостных трещин. В работе [361] были выполнены испьггания гладких и надрезанных образцов с различной остротой, но одинаковой глубиной концентратора. Экспериментально показано (рис. 10,1.3), что при отсутствии концентратора напряжений число циклов нагружения, необходимое для зарождения трещины N может составлять 0,8-0,9 общего числа циклов до разрушения N. По мере увеличения остроты надреза отношение N /N снижается и при-> 6 (р = 0,01-0,25 мм) долговечность, соответствующая моменту возникновения трещины, составляла 8-12% общей долговечности. образца до разрушения. Дальнейшее увеличение коэффициента > 6 практически не изменяет отношения N / N, поскольку в этом случае долговечность отражает главным образом процесс роста трещины. В другой работе [346] для бесконечной пластины с эллиптическим или [c.358]

Влияние напряжений на коррозию многократно усиливается в местах резких изменений геометрической формы поверхности, являющихся концентраторами напряжения (сварные соединения, поверхностные дефекты, царапины, задиры и т. п.), что вызывает неравномерность коррозии и ее локализацию. В результате этого может возникнуть коррозионная усталость металла, характеризующаяся развитием коррозионного процесса в вершине коррозионно-механической трещины, приводящей к разрушению. Факты подтверждают коррозионно-усталостную природу возникновения трещин при разрушениях на ряде нефтепроводов [166]. [c.222]

Резьбовые соединения бурильных труб. Колонны бурильных труб наращивают навинчиванием следующих секций. При работе в скважине бурильная колонна испытывает знакопеременные нагрузки, которые являются основной причиной возникновения и развития усталостных трещин в резьбовой части, прежде всего в местах сбега резьбы. Обрыв колонны -очень серьезная авария. [c.677]

В области малого числа циклов (ЛГ < Ю ) преимущественное значение для циклически разупрочняющихся анизотропных материалов при мягком нагружении имеют квазистатические повреждения d df, когда предельная накопленная деформация достигает значений разрушающей деформации при однократном нагружении. В этом случае циклическому разрушению предшествует образование ярко выраженной шейки без возникновения усталостных трещин. В области более высокого числа циклов (М > 10 ) основное значение имеют усталостные повреждения df d . Циклическое разрушение происходит с образованием и развитием трещи- [c.130]

Очевидно, в зависимости от условий работы конструкции соотношение механического и коррозионного факторов может изменяться. До некоторой величины скорости потока жидкости влияет главным образом коррозионная устойчивость металла, выше этого предела основным является механический фактор. Если сила удара не создает напряжений, превосходящих предел текучести металла, эрозия способствует развитию усталости в металле, образованию линий сдвигов и усилению коррозии по ним, а также возникновению усталостных трещин. Если сила ударов создает напряжения, превосходящие предел текучести, эрозия разрушает металл непосредственно и роль коррозии снижается, но не устраняется. [c.316]

ГО, так и в асфальтобетоне, происходит при циклическом охлаждении — нагревании. Для исследования влияния на температуру хрупкости усадочных напряжений пластинки с нанесенными на них битумными пленками устанавливались в холодильник, в котором они выдерживались при циклическом охлаждении — нагревании. Температура одного цикла в пределах от +30 до —17°С (рис. 4). Верхний темпе" затурный предел был выбран таким, чтобы испытуемые образцы битума находились в вязкотекучем состоянии. Нижний температурный предел цикла был равен средней температуре асфальтобетонного покрытия для Европейской части СССР [20]. Испытывались 4 образца битумов, один из которых был маловязким, а остальные более вязкой марки с одинаковой пенетрацией при 25°С, но различного реологического типа (см.табл. ]). Температура хрупкости битумов при переменном воздействии охлаждения — нагревания повышается в различной степени в зависимости от их качества (рис. 5). Причем характер этих зависимостей затухающий, что свидетельствует не об обычном усталостном разрушении, которое имеет место при испытании в аналогичном режиме некоторых других материалов, например упругих, а о термовязкопластической усталости, когда разрушение наступает как вследствие возникновения термических деформаций при охлаждении, так и развития пластических деформаций, вызванных усадкой объема лри тепло-сменах [21]. Необходимо заметить, что при отсутствии усадочных процессов выдерживание битумных пленок в течение 7,5 ч при + 30°С, как это было принято в испытаниях, должно было бы привести к устранению зародышей трещин, которые могли появиться при охлаждении битумных пленок. Наличие растущих пластических деформаций за счет усадки битума может привести к появлению трещин в покрытии не обязательно при самых низких зимних температурах, но и при более высоких. Так, было-отмечено образование трещин в битумных пленках, выдерживаемых на подложках из нержавеющей стали на открытом испытательном стенде в БашНИИ НП, в марте, в то время как в зимние месяцы признаков растрескивания не наблюдалось [19]. [c.44]

Наиболее приоритетным направлением использования данных методов, однако, является измерение глубины трещин. Электропотенциальный метод является практически единственным методом, обеспечивающим возможность простого и достоверного измерения глубины поверхностных трещин в диапазоне от 0,1 до 120 мм. При этом наиболее эффективно выявляются трещины усталостного происхождения, являющиеся наиболее опасными с точки зрения внезапных отказов изделий и возникновения аварийных ситуаций. В этой связи электропотенциальный метод широко используется для проведения исследований кинетики развития усталостных трещин. При решении этой задачи важным свойством метода является возможность не только фиксации момента зарождения трещины и измерения ее глубины, но и исследования фронта развития трещины внутрь ОК. [c.501]

Это изменепие протекает по стадиям и зависит от исходных прочности пластичности, вязкости, макро- и микроструктуры, микрорельефа, остаточных напряжений, твердости, вида напряженного состояния, истории нагружения п влияния среды, от особенносте строения материала и параметров нагружения. На первой стадии У. м. начинается усталостное повреждепие материала, т. е, необратимое снижение сопротивления разрушению, С накоплением повреждений наступает прогрессирующее разрушение материала, выражающееся в образовании сначала микротрещип в структурных составляющих и по их границам, а затем в перерастании микротрещип в макротрещины, окончательно разрушающие подвергающийся воздействию материал. Вследствие этого осн. стадиями У. м. являются изменения до возникновения макротрещины и развитие макротрещины до окончательного разрушения. В зависимости от условий испытания скорость развития усталостной трещины и соотношение зоны ее развития и зоны долома изменяются (см. вклейку сс. 640 — 641). Количе- [c.629]

Влияние на возникновение и распространение термоусталостных трещин оказывает рабочая среда (ее окислительное и температурное воздействие). По результатам исследований, выполненных в ЦНИИТмаше на сталях различных классов (22К, 16ГНМ, 15Х1М1Ф, 12Х18Н10Т) в широком диапазоне температур в окислительной водной среде и расплаве К — На, было установлено, что окислительная среда всегда приводит к более раннему появлению термоусталостных трещин при прочих равных условиях. Начало развития трещин у всех исследованных материалов имеет типично усталостный характер, т. е. возникает тонкая транскристаллитная трещина. В окислительной среде трещина со временем расширяется и заполняется продуктами коррозии. Этот процесс наиболее активно протекает в стали 22к как наименее коррозионно-стойкой. С увеличением температуры процесс растрескивания становится похожим на питтинговую коррозию (при температуре 550—600 °С для стали 22к). Во всех случаях испытаний в расплаве К—На в этом диапазоне температур также возникали тонкие усталостные трещины. [c.7]

Изменение свойств материала может происходить не только в результате воздействия различного рода сред, но и от вида приложенного нагружения. Наиболее опасным видом нагружения является циклическое нагружение, которое проводит к появлению и развитию трещин, а затем и к полному разрушению тела. Такой тип разрушения называют усталостным, а сам процесс - усталостью Изменение состояния материала при усталостном процессе отражается на его механических свойствах, макроструктуре, микроструктуре и субструктуре. Происходящие изменения можно разделять на стадии, которые зависят от исходных свойств материала, вида напряженного состояния и особенностей влияния внешней среды. Усталостное разрушение значительно отличается от разрушения, вызванного действием постоянной нагрузки. В основе усталостного разрушения металла лежит дислокационный механизм зарождения микроскопических трещин. Возникновение уста.постных трещии связывают с результатом циклического деформирования кристаллической решетки, когда максимальное значение напряжения за период цикла способно провести к пластическим сдвигам. Происходит интенсивное увеличение количества дислокаций и их движение, как в прямом, так и в обратном направлении. Существуют [c.401]

Эта особенность микроструктуры волокон приводит к возникновению очень важного их свойства — устойчивости к многократным изгибам (усталостные свойства). При такого рода воздействиях развитие трещин происходит не в виде одновременного хрупкого разрыва волокна по всему поперечному сечению его, а распространением их лишь по наиболее слабым местам — неориентированным прослойкам вдоль оси волокна. К этому типу волокон относятся иоли- [c.166]

Установлено, что при идентичных напряжениях выше циклического предела пропорциональности меньшую долговечность имеют образцы в 3 %-ном растворе Na I, хотя в дистиллированной воде неупругая составляющая деформирования больше (см. рис. 35). Это связано с тем, что первоначально адсорбция среды на поверхности металла, а также растворение анодных участков облегчают движение и разрядку дислокаций, интенсифицируя тем самым процесс разупрочнения. Однако в деформационном периоде // происходит развитие относительно большого количества трещин из коррозионно-усталостных язв, что увеличивает гетерогенность пластического течения, локализирующегося в вершинах трещин. Различие в скорости коррозии стали в соляном растворе и дистиллате (см. рис. 39) приводит к созданию на поверхности геометрически неэквивалентных и заметно отличающихся по количеству коррозионно-усталостных язв, инициирующих возникновение трещин, что в неодинаковой степени уменьшает концентрацию напряжений на магистральной трещине, а также влияет на процесс неупругого деформирования в целом. При испытании стали в растворе хлорида натрия, по сравнению с дистиллатом, трещин больше и возникают они раньше. [c.83]

Влияние коррозионной среды на усталостную прочность металлов проявляется лишь в том случае, когда коррозия развивается на поверхностях раскрывающихся усталостных микротрещин. Остаточные сжимающие напряжения играют благоприятную роль в повышении предела усталости материала, поскольку они затрудняют сдвиг зерен металла в поверхностных слоях и вместе с тем препятствуют возникновению пластифицирующих эффектов за счет адсорбции и коррозии. В поверхностном слое при циклическом нагружении появляются сжимающие и растягивающие напряжения, так как металл не находится в состоянии всестороннего сжатия. Остаточные растягивающие напряжения, в противоположность сжимающим, усиливают адсорбциопно- и коррозионноусталостные процессы. При адсорбции поверхностно-агрессивных веществ на стенках трещин поверхностная энергия металла снижается и тем самым облегчается дальнейшее развитие пластических сдвигов и разрыхление металла. Кроме того, адсорбционные слои препятствуют смыканию трещин. В этом заключается механизм адсорбционного снижения циклической прочности металла. Коррозионным процессам, протекающим на поверхности металла, всегда предшествуют процессы адсорбции. [c.26]

При небольших относительных перемещениях (вибрациях) плот-1 0 посаженных частей машин возникает повреждение поверхности, получившее название фретинг-коррозии. Указанные повреждения в начальной стадии появляются в виде отдельных мелких углублений (язвин). При дальнейшем развитии процесса увеличивается число язвин, их глубина и наступает существенное повреждение поверхности с выделением окислов. Характерный вид поверхности вала, поврежденного фретинг-коррозией, показан на фиг. 1. Фретинг-коррозия снижает сроки службы ответственных узлов машин вследствие потери точности их работы, понижения прочности сопряжений и разрушения поверхности. При определенных условиях коррозионные углубления, возникающие в процессе фретинг-коррозии, являются причиной возникновения усталостных трещин, что приводит к снижению прочности и опасности усталостных изломов деталей в эксплуатации. Характерная картина образования начальных усталостных трещин по дну коррозионных углублений показана на фиг. 2. Природа процессов фретинг-коррозии изучена еще недостаточно, но проведенные экспериментальные работы показали, что наличие взаимных перемещений (вибраций) сопряженных поверхностей является достаточным условием для возникновения процессов фретинг-коррозии. [c.113]

Аварии и катастрофы, как правило, сопровождаются возникновением и развитием трещин в зонах по-выщенной концентрации напряжений, в местах локального изменения механических свойств — охрупчивания, которое может быть связано с межкристал-литными коррозионными повреждениями, коррозионным растрескиванием, усталостно-коррозионными процессами. Таким образом, проблема анализа и обеспечения безопасной эксплуатации оборудования опасных производств оказывается тесно связанной с решением задач анализа кинетики трещинообразования, причин возникновения в материале конструкций раз- [c.113]

Поскольку усталостное разрушение является следствием постепенного развития микроскопических дефектов, неизбежно присутствующих в материалах, то при построении кривых усталости важным становится выбор стадии, на которой следует завершать испытание каждого образца. 1ак, если считать, что полному разрушению образца (рис.9.2.5) предшествуют стадии накапливания повреждений /, возникновения трещины 2 и ее роста 3 до критического размера, то взаимо-положение кривых усталости рказывается различным. Особенно это заметно в области малоциклового нагружения, например при числе циклов А значение ограниченного предела выносливости по разрушению (точка А") может оказаться существенно выше офаниченного предела вьшосливости по трещинообразованиЮ (точка А ). [c.305]

В основе механизма усталостного разрушения металлов, в какой бы среде оно не происходило, лежит образование и развитие в процессе циклического нагружения микротрещин усталости. Факторы, способствуюп],ие процессу образования микротреш,ин усталости и облегчаюш ие их дальнейшее развитие, будут тем самым снижать усталостную прочность металлов, и, наоборот, факторы, затрудняюш ие образование этих трещин, замедляющие их развитие, будут способствовать возрастанию усталостной прочности. Влияние адсорбционно- и коррозионно-активных сред на усталостную прочность металлов зависит оттого, в какой мере обеспечено возникновение пластических сдвигов в отдельных, наиболее нагруженных или наи-л енее прочных зернах, и развитие на этой основе трещин усталости в поверхностном слое образца. Здесь важно подчеркнуть, что влияние коррозионной среды на усталостную проч- [c.127]