Особо неблагоприятное влияние на прочность при низких температурах оказывают ударные и другого рода динамические воздействия, а также резкое снижение температуры, носящее характер температурного удара. Ударная вязкость. Склонность металла к хрупкому разрушению и чувствительность к концентрации напряжений проверяются испытанием на ударную вязкость — определением величины работы, затрачиваемой на разрушение надрезанного образца , на маятниковом копре.
Работа стали и алюминиевых сплавов при повторных нагрузках. При работе материала в упругой стадии повторное эагружение не отражается на работе материала, поскольку упругие деформации обратимы. При работе материала в упругопластической стадии повторная нагрузка ведет к увеличению пластических деформаций (рис. 2.22) в результате необратимых искажений структуры металла предыдущим нагружением и увеличением числа дислокаций. При достаточно большом перерыве (отдыхе) упругие свойства материала восстанавливаются и достигают пределов предыдущего цикла . Это повышение упругих свойств называется наклепом. Наклеп связан со старением и искажением атомной решетки кристаллов и закреплением ее в новом деформационном положении. При повторных нагружениях в пределах наклепа материал работает как упругий, но полное удлинение уменьшается в результате необратимых остаточных деформаций, полученных при первых нагружениях, т. е. металл становится как бы более жестким. Повышение прочности благодаря наклепу используется в алюминиевых сплавах и арматуре железо-бетонных конструкций; в стальных конструкциях оно не используется, поскольку наклепанная сталь получается более жесткой и склонной к хрупкому разрушению. При многократном непрерывном нагружении возникает явление усталости металла, выражающееся в понижении его прочности, приближающейся к некоторой величине (σуст, ниже которой разрушения стали не происходит (рис. 2.23,а)
Рис 2.23. Зависимость между числом нагружений n и разрушающим напряжением а — для стали; б — для алюминиевых сплавов
Эта величина называется пределом усталостной прочности (выносливости). Пределу выносливости стали отвечает примерно 10 млн. циклов нагрузки. Усталостное разрушение происходит вследствие накопления числа дислокаций при каждом загружении и концентрации их около стыков зерен с последующим скоплением в большие группы, что способствует разрыхлению металла в этом месте и, наконец, образованию трещины, которая, развиваясь, приводит к разрыву. При каждом нагружении деформации в поврежденном месте нарастают. Линии разгрузки не совпадают с линиями нагрузки, образуя петли гистерезиса (см. рис. 2.22, в, г). Площадь петли характеризует энергию, затраченную при каждом цикле нагрузки на образование новых несовершенств в атомной структуре и дислокаций. В начале образования трещины металл в этом месте как бы перетирается, образуя гладкие истертые поверхности, затем трещина быстро развивается и происходит отрыв изделия без перетирания.
Рис2.22. Диаграммы деформирования при повторных нагрузках.
а- без перерыва;
б- с перерывом (после отдыха);
в-многократное однозначное;
г- многократное разнозначное.
Таким образом, поверхность излома при усталостном разрушении имеет две характерные области — гладкую истертую при образовании трещины и зернистую при окончательном отрыве.
Хрупкое разрушение. Несущая способность элементов металлических конструкций, изготавливаемых из малоуглеродистых сталей, зависит от условий нагружения и температуры эксплуатации. Вязкое разрушение, как было сказано, определяется развитием пластических деформаций по части или всему сечению, а несущая способность элементов металлических конструкций — развитием больших перемещений (прогибов). Квазихрупкое (кажущееся хрупкое) разрушение находится как бы в промежутке между вязким и хрупким. Хрупкое раз-рушение определяется разрушением при малых деформациях, без ярко выраженного развития пластичности. На хрупкость стали оказывают существенное влияние в основном качество стали, старение, концентрация напряжений, температура эксплуатации, характер силового воздействия. Загрязнение стали, включение серы и фосфора, избыточное содержание углерода способствуют увеличению ее хрупкости. Легирование и термическая обработка повышают сопротивление хрупкому разрушению. При возможности хрупкого разрушения конструкций следует применять углеродистую сталь полуспокойных и спокойных плавок. Резкое изменение формы элемента конструкции — выточки, перегибы и т. п., резко изменяющие направление силового потока, надрезы, трещины, внутренние напряжения (остающиеся после проката и сварки), резкие перепады температуры — приводят к существенному снижению прочности и сопротивления хрупкому разрушению вследствие повышения напряжений около этих мест , стеснения местных деформаций и скоплений дислокаций.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему