Энциклопедия Кольера - разрушения механизмы

Выход из строя металлических конструктивных элементов может быть связан с неправильным выбором металла или сплава для данного вида применения, дефектами металла, ошибками в расчете конструкции или отклонениями рабочих условий от заданных при проектировании.

Основные виды разрушения. Вязкое разрушение. Разрушение пластичного материала наступает при его нагружении с превышением предела упругости. Металлический материал переходит в состояние пластической деформации (текучести), что приводит к т.н. вязкому разрушению. Разрушение такого рода могут вызывать чрезмерные напряжения растяжения, сжатия и сдвига.

Хрупкое разрушение. Хрупкому разрушению подвержены конструкции из металлических материалов с ограниченной пластичностью вследствие быстрого распространения в них трещин. Возникают же трещины обычно в локальных зонах высокой концентрации напряжений. Во избежание отказов такого рода необходимо использовать достаточно пластичные металлические материалы и проектировать конструкции так, чтобы в них не было зон концентрации напряжений.

См. также Металлов Механические Свойства. У сталей имеется т. н. температура перехода, ниже которой они теряют пластичность и становятся подвержены хрупкому разрушению. Температура перехода не одинакова для разных легированных сталей, а для стали одного состава зависит от размеров зерен. Температуру перехода необходимо учитывать при проектировании стальных конструкций, которые могут эксплуатироваться в условиях пониженной температуры. Одним из разительных примеров хрупкого разрушения, вызванного низкой температурой окружающей среды, было раскалывание надвое сварных корпусов морских судов в плавании через Северную Атлантику во время Второй мировой войны. В клепаных корпусах трещина не выходит за пределы того листа, где она возникла; в сварных же распространяется по всей конструкции.

Усталостное разрушение. Разрушение, часто с наработкой, измеряемой месяцами и даже годами, может вызвать многократно повторяющееся нагружение конструкции напряжением, лежащим значительно ниже предела прочности материала. Разрушение такого типа называется усталостным. Усталостные трещины часто зарождаются на малых дефектах структуры металла, таких, как инородные включения; их обычно можно выявить методами рентгеновского или ультразвукового контроля, прежде чем они приобретут опасные размеры.

Особые виды разрушения. Ползучесть. Такое постепенно накапливаемое повреждение, заканчивающееся разрушением, может быть вызвано пластическим течением при повышенной температуре в условиях напряжения, далеко не достигающего предела текучести. Течение материала, напряженного при повышенной температуре, называется ползучестью.

Коррозионное растрескивание. После холодной обработки металлических материалов в них могут сохраниться остаточные внутренние напряжения, близкие к пределу прочности. Многие металлы в таких условиях разрушаются при воздействии на них тех или иных корродирующих агентов. В результате локализованного коррозийного разъедания возникают поверхностные желобки, которые могут развиваться в трещины, распространяющиеся по границам зерен (межкристаллитная коррозия).

Коррозия. Постепенное повреждение и разрушение конструкций могут быть вызваны растворением и окислением металла в агрессивной среде.

Другие причины разрушения. В новых видах техники, особенно авиакосмической, металлические конструкции работают в условиях, нередко приводящих к повреждениям и отказам новых типов. Например, высокоскоростные потоки высокотемпературных газов с твердыми частицами могут вызывать сильную эрозию поверхности конструкции. Ядерное излучение при больших поглощенных дозах тоже ухудшает характеристики и снижает прочность металлов.

См. также Металлов Испытания.

ЛИТЕРАТУРА

Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. М., 1984 Мороз Л.С. Механика и физика деформаций и разрушения металлов. Л., 1984 Горицкий В.М., Терентьев В.Ф. Структура и усталостное разрушение металлов. М., 1986 Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М., 1986