Изломы длительного статического нагружения

6.1. Изломы замедленного разрушения при нормальной температуре

Разрушение, наступающее с течением времени, значительно большем, чем время,-необходимое для развития упругой деформации, в замкнутой напряженной системе, т. е. без ее подгружения извне, наблюдаемое на изделиях из неметаллических (органические стекла, пластмассы и др.) и металлических материалов особенно у пру­жинных, шарикоподшипниковых и др. сталей, после закалки и низ­кого отпуска принято называть замедленным разрушением, Основными особенностями этих разрушений являются:

1. Нагрузка, приводящая материал к замедленному разруше­нию, ниже нагрузки при кратковременном разрушении.

2. Излом в случае замедленного разрушения имеет макрохрупкий характер.

Макрохрупкий характер излома определяется перпендикуляр­ностью поверхности излома направлению максимальных растяги­вающих напряжений; кристаллическим строением основной площади излома и наличием на изломах рубцов, лучеобразно расходящихся из зоны начала разрушения. Как и на прочих хрупких изломах, рубцы у начала разрушения более мелкие, по мере продвижения разрушения они становятся грубее.

На ряде изломов замедленного разрушения наблюдается достаточно четкая граница между зоной медленного распростра­нения трещины и зоной, где разрушение произошло с большей скоростью. Так, при длительном испытании на растяжение с изгибом образцов из стали ЗОХГСА после изотермической закалки на твер­дость 35—37 R_с на изломах обычно имеют место две несколько различающиеся по строению зоны: первая — начальная зона — имеет более волокнистое строение, а вторая — зона окончательного разрушения — более по своему строению соответствует хрупкому разрушению. Первая зона отделена от второй достаточно четкой границей.

Подобные изломы имеют место при замедленном хрупком разру­шении болтов в эксплуатации (рис. 20).

а б

Рис. 20. Излом при длительном нагружении с перекосом при комнатной температуре стали 30ХГСА после изотермической закалки, НRc=35…37: а – образца, б – болта.

Изломы стеклянных пластин, разрушенных при длительном воздействии нагрузки, также состоят из двух зон: медленного и уско­ренного разрушения.

Изломы витых пружин под постоянной статической нагрузкой происходят от нормальных напряжений при кручении и направлены под углом 45° к оси витка.

Замедленное разрушение возможно также при длительном при­ложении сжимающих нагрузок. Излом проходит по направлению, перпендикулярному максимальным поперечным деформациям.

6.2. Изломы длительного статического нагружения при повышенных температурах

Характерной особенностью возникновения таких изломов яв­ляется пониженная, по сравнению с кратковременной, напряжен­ность и, как следствие этого, более медленное развитие разрушения.

Изломы длительного статического нагружения при повышенных температурах чаще всего являются малопластичными, поэтому неко­торые особенности, присущие хрупким изломам однократного нагру­жения при нормальной температуре, характерны также и для изломов длительного разрушения. Понятия повышенных температур для разных материалов могут существенно отличаться в зависимости от их температуры плавления. Например, для низкоплавких метал­лов, таких как олово, свинец и т. д., даже комнатные температуры являются по своему влиянию повышенными. Поэтому физически более правильно пользоваться для сопоставления свойств металлов с резко отличающейся температурой плавления так называемыми «сходственными» или «гомологическими» температурами, учитываю­щими отношение температуры опыта к абсолютной температуре плавления.

Изломы длительного статического нагружения при высокой температуре, как правило, имеют грубозернистую поверхность, с крупными неровностями (фиг. 21) и межзеренным характером разрушения.

Рис. 21. Излом длительного нагружения при температуре 800°С жаропрочного сплава на никелевой основе (σ=20 кг/мм2, τ = 13 час).

Однако и для этого вида разрушения могут наблюдаться и более или менее волокнистые изломы, что зависит от времени нагруженияи температуры. Степень «волокнистости» в изломе обусловливается количеством зерен, разрушившихся по телу зерен.