2.1.3. АНАЛИЗ КРИТИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ

2.1.3.1. ЗАВИСИМОСТЬ ОТ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Использование в критерии хрупкого разрушения (2.11) характеристики материала ставит задачу изучения зависимостей критического разрушающего напряжения от различных факторов: температуры, предварительной деформации, истории

нагружения и т. д. В настоящее время в какой-то мере решен вопрос о влиянии температуры на и о зависимости от пластической деформации [101, 150, 281, 381, 410]. Экспериментально в работе [101] установлено, что температура деформирования практически не влияет на величину критического напряжения хрупкого разрушения. Этот факт позволяет довольно просто получать зависимость от пластической деформации: достаточно провести испытания цилиндрических образцов на разрыв при разных температурах (в области хрупкого разрушения) и соответственно при различных предельных деформациях Такие опыты позволяют построить зависимость В работе определяли критическое разрушающее напряжение в условиях сложного напряженного состояния путем разрыва цилиндрических образцов с различной геометрией выточки. Представление результатов зтих и опытов на одноосное растяжение в координатах показывает инвариантность зависимости к жесткости напряженного состояния.

Однако вопрос о влиянии истории деформирования на величину при сложных схемах нагружения в настоящее время мало изучен.

В настоящем разделе рассмотрены результаты опытов по определению критического напряжения хрупкого разрушения в предварительно статически и циклически деформированном металле, которые позволяют обосновать предлагаемую зависимость от пластической деформации в виде

Эксперименты по анализу зависимости критического напряжения хрупкого разрушения от пластической деформации при различной истории деформирования были выполнены применительно к Перлитным сталям марок

В первой, серии опытов были получены исходные зависимости от пластической деформации Для этого были испытаны цилиндрические образцы (диаметр рабочей - части длина рабочей части на разрыв при разных температурах (в области хрупкого разрушения). Определяли среднее разрушающее напряжение где нагрузка в момент разрыва образца; а — радиус минимального сечения образца. Максимальное значение разрушающего напряжения, достигаемое в центре образца, т. е. величину рассчитывали с учетом жесткости напряженного состояния в шейке по зависимостям, предложенным Бриджменом [15]:

Здесь соответственно растягивающие напряжения в центре и на наружном волокне минимального сечения образца;

— радиус кривизны шейки. Расчет был выполнен с, использованием зависимости корреляционного фактора от деформации относительное сужение) по данным работы [15].

Рис. 2.9. Корсетный образец I, использованный для предварительного циклического нагружения, и изготовленный из него корсетный образец II для испытаний на разрыв при растяжении (все размеры приведены в миллиметрах)

Во второй серии опытов были выполнены испытания на одноосное растяжение в низкотемпературной области для стали после предварительного деформирования, которое осуществляли растяжением при комнатной температуре да пластической деформации Обработку данных и расчет выполняли так же, как и для образцов в исходном состоянии.

Влияние предварительного циклического деформирования на критическое напряжение хрупкого разрушения изучали применительно к стали в третьей серии опытов. Для этого корсетные образцы I (рис. 2.9) предварительно подвергали различным режимам жесткого циклического нагружения (табл. 2.1) при Затем из продеформированных образцов вырезали корсетные образцы II диаметром (рис. 2.9),

Таблица 2.1. (см. скан) Условия предварительного циклического нагружения образцов при

которые разрывали соответственно при Корсетная форма образцов при определении была необходима, чтобы локализовать место разрушения в зоне с максимальным размахом деформации при циклическом нагружении. Только в этом случае можно корректно определить влияние циклического деформирования на

Рис. 2.10. (см. скан) Зависимость критического напряжения хрупкого разрушения от пластической деформации: для стали в — для стали [кривые соответствуют значениям для стали в исходном состоянии; точки — значениям для стали с предварительной циклической деформацией и предварительной деформацией растяжением размах деформации , число циклов иагружеиия

Если же вырезать для разрыва цилиндрические образцы, у которых по мере удаления от центра вдоль оси размах деформаций падает (как, впрочем, и для корсетных образцов), то хрупкое разрушение будет происходить в сечении, где минимально. В этом случае сечение с минимальным (где размах деформации неизвестен) не будет совпадать с центральным сечением образца в котором измеряли предварительную циклическую деформацию поперечным датчиком. Следовательно, значения при разрыве цилиндрических образцов будут некорректны, так как заданная предварительная деформация и зона разрушения находятся в разных сечениях.

Результаты всех трех серий испытаний представлены на рис. 2.10 в координатах (рис. 2.10, а, в) и Результаты третьей серии опытов дополнительно приведены в табл. 2.2. Для образцов, испытанных на одноосное растяжение в первой серии, очевидно, Для предварительно статически деформированных образцов (вторая серия) х вычисляли по соотношению Для образцов,

испытанных по программе «Циклический наклеп и растяжение», параметр х рассчитывали по соотношению где количество циклов предварительного упругопластического нагружения С размахом деформации где относительное сужение при последующем разрыве циклически наклепанных образцов.

Таблица 2.2. (см. скан) Характеристики хрупкого разрушения предварительно циклически деформированных образцов

Анализ данных рис. 2.10 показывает, что зависимость критического напряжения хрупкого разрушения от пластической деформации является инвариантной к истории деформирования, если в качестве меры накопленной пластической деформации выбран параметр Одквиста х. Действительно, представление результатов опытов на растяжение предварительно циклически наклепанного материала в координатах так как в данном случае показывает, что зависимость не является инвариантной к истории деформирования (рис. 2.10,б). В координатах значения для исходного состояния материала и для предварительно статически или циклически деформированного материала могут быть удовлетворительно описаны единой зависимостью Разумеется, в дальнейшем требуется более тщательная всесторонняя проверка инвариантности функции к условиям деформирования. С этим вопросом тесно связан вопрос о физической природе увеличения критического разрушающего напряжения хрупкого разрушения в деформируемой структуре.

В работе [150] предполагали, что критическое разрушающее напряжение определяется условием перехода зародышевых микротрещин к гриффитсовскому (нестабильному) росту. При этом сделана попытка объяснить увеличение ростом пластической деформации уменьшением зарождающихся в процессе деформирования микротрещин за счет уменьшения эффективного диаметра зерна. Такая модель не позволила удовлетворительно описать зависимость Представленные на рис. 2.10,б результаты опытов по определению для образцов с предварительной деформацией убедительно показывают, что увеличение в этом случае не может быть объяснено изменением диаметра зерна, поскольку при данных условиях цикли-, ческого наклепа эти изменения пренебрежимо малы. В то же время эти данные качественно подтверждают изложенную выше трактовку критического напряжения хрупкого разрушения как напряжения распространения микротрещин через исходную и деформационную субструктуру материала. На основе этого положения разработана следующая модель, позволяющая количественно описывать влияние пластического деформирования на S.