🗊Презентация Физико-химические процессы разрушения деталей машин

ЛЕКЦИЯ 5. Физико-химические процессы разрушения деталей машин 1. Процессы разрушения деталей машин 2. Дефекты и повреждения, способствующие разрушению 3. Механизм и виды разрушений

Иными словами под разрушением понимают процесс зарождения и развития в металле трещин, приводящий к разделению его на части. Иными словами под разрушением понимают процесс зарождения и развития в металле трещин, приводящий к разделению его на части. Кинетика развития трещины состоит из четырех стадий: - инкубационного периода, - зарождения трещины, - медленного роста; - быстрого развития трещины.

Разрушение принято разделять с учетом величины пластической деформации, предшествовавшей разрушению на вязкое и хрупкое. Разрушение принято разделять с учетом величины пластической деформации, предшествовавшей разрушению на вязкое и хрупкое. Вязким называется такое разрушение, которому предшествовала значительная пластическая деформация. Если же деформация составляет менее I.. .2 %, разрушение считается хрупким.

С точки зрения микроструктуры существуют два вида разрушения - транскристаллитное и интеркристаллитное. При транскристаллитном разрушении трещина распространяется по телу зерна, а при интеркристаллитном она проходит по границам зерен. С точки зрения микроструктуры существуют два вида разрушения - транскристаллитное и интеркристаллитное. При транскристаллитном разрушении трещина распространяется по телу зерна, а при интеркристаллитном она проходит по границам зерен.

Развитие хрупкого разрушения, как правило, определяют концентраторы напряжений, источником которыми обычно являются дефекты. Дефекты могут быть внутренними или поверхностными, в виде пор, шлаковых включений, горячих и холодных трещин, микротрещин, непроваров и т.п. С увеличением остроты и размеров дефектов склонность к хрупкому разрушению возрастает. Чем выше скорость деформации, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению. Развитие хрупкого разрушения, как правило, определяют концентраторы напряжений, источником которыми обычно являются дефекты. Дефекты могут быть внутренними или поверхностными, в виде пор, шлаковых включений, горячих и холодных трещин, микротрещин, непроваров и т.п. С увеличением остроты и размеров дефектов склонность к хрупкому разрушению возрастает. Чем выше скорость деформации, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению.

При хрупком разрушении величина пластической зоны в устье трещины мала, вместе с тем скорость распространения хрупкой трещины весьма велика (для стали скорость роста трещины достигает 2500 м/с). Понижение температуры способствует переходу от вязкого разрушения к хрупкому. Это явление получило название хладоломкости. При хрупком разрушении величина пластической зоны в устье трещины мала, вместе с тем скорость распространения хрупкой трещины весьма велика (для стали скорость роста трещины достигает 2500 м/с). Понижение температуры способствует переходу от вязкого разрушения к хрупкому. Это явление получило название хладоломкости.

При вязком разрушении величина пластической зоны, идущей впереди распространяющейся трещины велика, а сама трещина защемляется у своей вершины, что снижает скорость разрушения. При вязком разрушении величина пластической зоны, идущей впереди распространяющейся трещины велика, а сама трещина защемляется у своей вершины, что снижает скорость разрушения.

Поверхность раздела, возникающая при разрушении объекта называется изломом. В соответствии с вышесказанным все изломы подразделяются на 2-е группы: хрупкие и вязкие. Поверхность раздела, возникающая при разрушении объекта называется изломом. В соответствии с вышесказанным все изломы подразделяются на 2-е группы: хрупкие и вязкие. В зависимости от приложенных нагрузок изломы подразделяются на: - динамические; - усталостные; - изломы от превышения предела прочности; - изломы при изгибающих и скручивающих нагрузках.

К динамическим относятся изломы, происходящие внезапно под действием нагрузок или удара. К динамическим относятся изломы, происходящие внезапно под действием нагрузок или удара. К усталостным относятся изломы под действием переменных нагрузок в области упругих деформаций.

Изломы, вызванные превышением предела прочности, характеризуются большой поверхностью зоны доламывания, а также наличием на поверхности излома отдельных, приходящих на больших расстояниях линии нагрузки или уступов. Изломы, вызванные превышением предела прочности, характеризуются большой поверхностью зоны доламывания, а также наличием на поверхности излома отдельных, приходящих на больших расстояниях линии нагрузки или уступов. По направлению излома можно судить о том, какая перегрузка вызвала разрушение (растяжение, изгиб, кручение).

Механизм разрушения материала определяется постепенным накоплением в материале локальных дефектов - деформации и трещин. Локальные дефекты материала, создавая местные напряжения, становятся центрами разрушения. Механизм разрушения материала определяется постепенным накоплением в материале локальных дефектов - деформации и трещин. Локальные дефекты материала, создавая местные напряжения, становятся центрами разрушения.

Разрушения, как правило, осуществляются посредством двух основных процессов: Разрушения, как правило, осуществляются посредством двух основных процессов: - разрывом механических связей под действием физических и тепловых полей; - направленной диффузией вакансий кристаллической решетки к трещинам (вакансии - узлы кристаллической решетки, в которых отсутствует атом или ион).

В зависимости от условий и характера протекания процессы разрушения могут подразделяться на следующие виды: В зависимости от условий и характера протекания процессы разрушения могут подразделяться на следующие виды: - усталостное разрушение; - терморастрескивание; - образование трещин от перенаклепа; - разрушение при контактных нагрузках; - водородное растрескивание; - коррозия.

Для каждого материала существует такое максимальное значение нормального напряжения, при котором изделие выдерживает практически неограниченное число перемен усилий не разрушаясь. Это напряжение Ок называется пределом выносливости или пределом усталости материала и является одним из критериев оценки сопротивления металла усталостному разрушению. Для каждого материала существует такое максимальное значение нормального напряжения, при котором изделие выдерживает практически неограниченное число перемен усилий не разрушаясь. Это напряжение Ок называется пределом выносливости или пределом усталости материала и является одним из критериев оценки сопротивления металла усталостному разрушению.

Другим критерием сопротивления усталостному разрушению является циклическая прочность - число циклов напряжения, вызывающее разрушение в данных условиях работы объекта. Другим критерием сопротивления усталостному разрушению является циклическая прочность - число циклов напряжения, вызывающее разрушение в данных условиях работы объекта.

Характерной чертой усталостного разрушения является отсутствие деформаций в районе разрушения, даже в таких материалах, как мягкие стали, которые высокопластичны при статическом разрушении. Усталостные трещины обычно мелкие и их трудно обнаружить пока они не достигнут макроскопического размера, после чего они быстро распространяются и вызывают полное разрушение за короткий промежуток времени. Характерной чертой усталостного разрушения является отсутствие деформаций в районе разрушения, даже в таких материалах, как мягкие стали, которые высокопластичны при статическом разрушении. Усталостные трещины обычно мелкие и их трудно обнаружить пока они не достигнут макроскопического размера, после чего они быстро распространяются и вызывают полное разрушение за короткий промежуток времени.

Признаки усталостного разрушения деталей: почти нет остаточных деформаций и на поверхности излома видны зона развития трещины с гладкой поверхностью и зона поломки с шероховатой поверхностью. Признаки усталостного разрушения деталей: почти нет остаточных деформаций и на поверхности излома видны зона развития трещины с гладкой поверхностью и зона поломки с шероховатой поверхностью. Сопротивление деталей усталостному разрушению повышают конструкторскими и технологическими мероприятиями.

Концентрацию напряжений снижают оптимальной формой и размерами деталей. Концентрацию напряжений снижают оптимальной формой и размерами деталей. Чем меньше шероховатость поверхности деталей, тем лучше они сопротивляются переменным нагрузкам. Наилучшей является поверхность, полученная не резанием, а смятием микронеровностей при поверхностном пластическом деформировании.

Упрочнение деталей термической, химико-термической и термомеханической обработками значительно повышает их циклическую прочность. Упрочнение деталей термической, химико-термической и термомеханической обработками значительно повышает их циклическую прочность.

Терморастрескивание - растрескивание поверхностей трения в результате термического воздействия. Терморастрескивание - растрескивание поверхностей трения в результате термического воздействия. Мерой борьбы с терморастрескиванием является выбор материала. Чем выше термопроводимость материала, чем меньше температурное расширение, чем пластичнее материал, тем меньше вероятность образования в нем трещин. Высокая точность обработки поверхностей - дополнительное средство борьбы с растрескиванием.

Образование трещин от перенаклепа. Такое разрушение встречается в основном в условиях трения качения, когда твердость поверхности не настолько низка, чтобы произошла заметная пластическая деформация, и не настолько высока, чтобы предупредить микропластическую деформацию в пределах всей рабочей поверхности. Образование трещин от перенаклепа. Такое разрушение встречается в основном в условиях трения качения, когда твердость поверхности не настолько низка, чтобы произошла заметная пластическая деформация, и не настолько высока, чтобы предупредить микропластическую деформацию в пределах всей рабочей поверхности.

Разрушение при контактных нагрузках. Стали и сплавы представляют собой конгломерат кристаллических зерен, имеющих, как правило, случайную ориентацию кристаллографических осей. В зернах неблагоприятно ориентированных относительно статически приложенной силы, уже при очень малой ее величине происходит пластическое деформирование, структурно обнаруживаемое в виде полос скольжения, и возникают остаточные напряжения. Разрушение при контактных нагрузках. Стали и сплавы представляют собой конгломерат кристаллических зерен, имеющих, как правило, случайную ориентацию кристаллографических осей. В зернах неблагоприятно ориентированных относительно статически приложенной силы, уже при очень малой ее величине происходит пластическое деформирование, структурно обнаруживаемое в виде полос скольжения, и возникают остаточные напряжения.

Водородное растрескивание - результат наводороживания и охрупчивания сталей водородом. Водородное растрескивание - результат наводороживания и охрупчивания сталей водородом. Коррозия - самопроизвольное разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой.

Методы защиты от коррозии условно разделяются на методы воздействия на металл и методы воздействия на среду. К методам воздействия на металл относятся: легирование металлов, обработка поверхностей, нанесение защитных покрытий. Методы воздействия на среду - электрохимическая защита, герметизация, осушка воздуха и создание искусственных сред. При применении одних и вторых методов защиты, а также метода рационального конструирования - они относятся к комбинированным методам защиты. Методы защиты от коррозии условно разделяются на методы воздействия на металл и методы воздействия на среду. К методам воздействия на металл относятся: легирование металлов, обработка поверхностей, нанесение защитных покрытий. Методы воздействия на среду - электрохимическая защита, герметизация, осушка воздуха и создание искусственных сред. При применении одних и вторых методов защиты, а также метода рационального конструирования - они относятся к комбинированным методам защиты.

Коррозия нарушает гладкость поверхности, резко разупрочняет поверхностный слой детали, образуя пятна, язвы, коррозионное растрескивание. Эти дефекты способствуют возникновению микротрещин и усталостному разрушению. Поэтому защита металлов от коррозии также значительно повышает сопротивление деталей усталостному разрушению. Коррозия нарушает гладкость поверхности, резко разупрочняет поверхностный слой детали, образуя пятна, язвы, коррозионное растрескивание. Эти дефекты способствуют возникновению микротрещин и усталостному разрушению. Поэтому защита металлов от коррозии также значительно повышает сопротивление деталей усталостному разрушению.