Меню

  • На главную

Поиск

  • Вопросы перманентного разрушения ч.2

    Posted 11/17/2009 в 8:41:27 ПП

    И. Н. Воскресенский, В. В. Фомин и др. (1949) считали, что разрушение металлов при гидроэрозии происходит под действием коррозионного и механического факторов и зависит от скорости движения воды. При малых скоростях потока развивается в основном только электрохимический процесс. С увеличением скорости начинает действовать механический фактор и процесс разрушения металла становится коррозионно-механическим. При больших скоростях потока преобладающим является механический фактор. В работе М. Г. Тимербулатова (1965) было показано, что, помимо высокой механической прочности и высокого предела усталости, материалы должны обладать высокими антикоррозионными свойствами.
    Л. А. Гликман (1955) показал подчиненную роль коррозионного фактора при гидроэрозии. Было установлено, что скорость гидроэрозии иногда в 105 раз   превосходит скорость  коррозионного разрушения.
    Эрозионное разрушение носит существенно неоднородный характер. Временное упрочнение пластичных металлов (наклеп) под воздействием кавитации распространяется в глубину на несколько микрон (Л. А. Гликман, Ю. Е. Зобачев и др., 1956), эрозии подвергаются прежде всего малопрочные участки поверхности сплавов (И. Н. Богачев, Р. И. Минц и др., 1961), на поверхности сплавов и бетонов эрозия локализуется прежде всего в естественных порах и трещинах (К. К. Шальнев, Н. П. Розанов и др., 1965). В работе К. К. Шальнева, Р. Д. Степанова и др. (1966) было обнаружено существенное влияние на интенсивность эрозии нагружения испытуемого образца внешней растягивающей силой.
    Представляет интерес изучение эрозионного разрушения на моделях. И. Варга, Б. А. Чернявский и К. К. Шальнев (1962, 1963) исследовали зависимость интенсивности эрозии от гидродинамических параметров и физических свойств жидкостей (скорость потока, характерный размер модели, плотность, поверхностное натяжение, вязкость, объемная упругость жидкость).
    И. Р. Крянин (1955—1962) рассматривал гидроэрозию металлов как коррозионно-усталостный процесс в результате одностороннего циклического сжатия. По его мнению, причиной неудачных попыток установить зависимость между кавитационной стойкостью металлов и их корро-зионно-усталостной прочностью является особенность характера цикла гидравлических ударов при кавитации, которая не принимается во внимание многими исследователями. В. В. Гавранек (1955) считал гидроэрозию микроусталостным процессом. Имеющиеся на поверхности металла выступы рассматривались им как микроконсоли, которые при гидравлических ударах испытывают знакопеременные нагрузки и вследствие этого отламываются.
    В. А. Константинов (1947), изучая физическую природу кавитации,, пришел к выводу, что разрушение металла при кавитации связано с электрическими разрядами, которые возникают при сжатии кавитационных пузырьков. Эти электрические разряды в виде микроскопических «молний» способны разрушить в течение короткого времени материалы любой прочности. Впоследствии в связи с применением катодной защиты гидротурбин от кавитационной эрозии были проведены дальнейшие исследования электрических эффектов зоны кавитации (В. И. Скоробогатов, 1960; Ю. Н. Пауков, М. К. Болога и К. К. Шальнев, 1968). При этом было подтверждено наличие электрических эффектов и влияние внешнего электрического поля на интенсивность эрозии.
    В работе И. Н. Богачева и Р. И. Минца, В. В. Гавранека, М. Фукса, Д. К. Большуткина и др. (1955) показано, что процесс гидроэрозии обусловлен механическим воздействием гидравлических ударов, возникающих при сокращении кавитационных пузырьков. В результате таких многократных ударов отдельные микрообъемы деформируются, появляются линии сдвигов и двойников. При этом в поверхностном слое повышается твердость. Рентгенографический анализ показывает искажение кристаллической решетки и измельчение блоков структурной мозаики. Разрушению металла предшествует возникновение в поверхностном слое трещин и очагов разрушения.
    Исследования, проведенные С. П. Козыревым, К. К. Шальневым и М. Г. Тимербулатовым (1956, 1965) в гидродинамических трубах, показали, что кавитационные каверны при срывной кавитации не только не схлопываются мгновенно, как это следует из теории Рейли, но и вообще не схлопываются. Обнаружена пульсация каверны во времени с большой частотой, причем при пульсации каверна уменьшается в диаметре, затем исчезает, снова образуется и т. д. Основу кавитационных разрушений составляют поверхностно-усталостные явления в результате высокочастотного импульсного воздействия.
    В. В. Фомин (1966) на основании своих исследований процесса гидроэрозии металлов и обобщения результатов, полученных другими авторами, пришел к выводу, что она, как правило, наблюдается при больших скоростях потока и происходит в основном за счет механического воздействия жидкости. Природа этого воздействия связана с качественным изменением характера течения жидкости. В этих условиях ударное нагружение приобретает импульсивный характер, т. е. отличается быстрым возрастанием давления, за которым следует такое же быстрое его уменьшение. Характерной особенностью при этом является очень малая область действия максимальных напряжений, соизмеримая с размерами отдельных микроучастков (величиной приблизительно 10"4—10~6 мм2). При этом напряжения отличаются локальностью и неравномерностью и возникают в отдельных микрообъемах независимо от того, что происходит в любом другом месте поверхностного слоя. При таком характере механического воздействия разрушение металлов связано с отрывом очень мелких частиц вследствие образования в поверхностном слое микроскопических трещин, которые возникают в результате пластической деформации, протекающей в микрообъемах. В. В. Фомин считает, что гидроэрозию металлов следует рассматривать как процесс, возникающий в результате микроударного воздействия жидкости. При таком характере нагружения сопротивление металла разрушению определяется не усредненными свойствами отдельных макрообъемов, а свойствами металла в микрообъемах, т. е. механической прочностью отдельных микроучастков или структурных составляющих.
    При микроударном воздействии возникают напряжения и деформации, локализованные в микрообъемах поверхностного слоя, так что разрушение носит местный характер. Эрозионную прочность металла определяют свойства поверхностного слоя.
    На возникновение очагов разрушения влияет также состояние поверхности образца. Однако влияние профиля поверхности сказывается только в начальной стадии эрозионного процесса. При образовании деформационного рельефа это влияние устраняется.
    И. Н. Богачев и Р. И. Минц (1958, 1964) исследовали ряд сталей на    их    сопротивляемость    кавитационно-эрозионному разрушению. В результате ими было установлено, что кавитационно-эрозионная стойкость стали зависит от величины зерна, характера границ и тела зерен. Интенсивность разрушения определяется сочетанием свойств зерен и его границ. Было также подмечено, что стали в вязком состоянии сопротивляются эрозии лучше, чем в хрупком состоянии. Авторы высказали предположение, что сопротивление кавитационно-эрозионному разрушению должно зависеть от демпфирующей способности материала (т. е. от величины декремента затухания колебаний), если рассматривать разрушение металла от эрозии как усталостное явление, учитывая многократность воздействия водяных капель на поверхность лопаток.
    В процессах взаимного контактирования твердых тел большую роль играют исследования вопросов абразивного разрушения при граничном трении. В. Д. Кузнецов (1947) считал, что механизм абразивного изнашивания является предельно простым и сводится к сумме большого числа элементарных процессов царапанья. При этом между явлением простого царапанья и абразивным износом должна существовать глубокая связь. Однако исследования показали, что однозначной зависимости между абразивным износом и механическими свойствами металла не существует.
    Исходя из представления о том, что при изнашивании в одинаковых условиях достигается одинаковая степень пластической деформации и упрочнения, М. М. Хрущов и М. А. Бабичев (1960) предложили теоретическую зависимость между объемным износом, протяженностью пути трения, размером абразивного зерна, нагрузкой и начальной твердостью металла. Проведенные испытания показали, что, действительно износ прямо пропорционален пути трения, нагрузке и размеру абразивного зерна, причем для размера зерна существует критическая величина, при превышении которой абразивный износ не увеличивается. Вместе с тем износ обратно пропорционален значению твердости металла до испытания, что было экспериментально подтверждено для технически чистых металлов и сталей в отожженном состоянии.
    Последующие работы показали, что фактическая площадь соприкосновения двух поверхностей значительно отличается от контактной, очерченной внешним контуром этих поверхностей и используемой условно для подсчета средних удельных давлений. При достигаемой сейчас чистоте обработки фактическая площадь контакта составляет от 10 ~5 до 10 ~2 контактной площади, вследствие чего на площадках контакта возникают удельные давления в тысячи кГ/см2. Естественно, что это приводит к быст-ропротекающей пластической деформации микронеровностей, а также к разрушению отдельных участков поверхностного слоя металла. Разрушение наступает вследствие образования микро- и макротрещин; основной причиной возникновения трещин являются, по-видимому, внутренние и термические напряжения. Последние возникают вследствие локальной температурной вспышки, вызванной.переходом в тепло более 50 % внешней энергии, затраченной на необратимый процесс пластической деформации, а также благодаря быстрому охлаждению поверхностных слоев всей массы металла. При этом, поскольку у пластических материалов в условиях переменного температурного поля напряжения в пластической области много меньше, чем упругие напряжения в хрупких материалах, последние хуже сопротивляются термической усталости и, следовательно, выкрашиванию. Кроме того, необходимо помнить, что микропластическая деформация зерен, возникающая при циклических теплосменах и проявляющаяся в виде линий скольжения, а у некоторых металлов также двойникова-ния и мозаичных структур, сопровождается искажением кристаллической решетки, разрыхлением границ зерен и образованием микропустот, что также ухудшает механические свойства (предел выносливости, длительную прочность) и способствует разрушению материала.

    Тэги: