книги / Хрупкость металлов при низких температурах

Кривые деформирования в истинных напряжениях и деформа­ циях аг — ех (в направлении действия максимального нормального напряжения) при различных соотношениях главных нормальных напряжений и разных температурах показаны на рис. 103 и 104. Результаты, представленные на рис. 103, г и 104, г, пе относятся к разрушению из-за предшествовавшей ему потери образцом ус­ тойчивости. Еще более ранняя потеря устойчивости наблюдалась при к = —0,55, поэтому в данном случае диаграммы деформиро­ вания не рассматриваются. j

дает оснований делать выводы об изменении физического меха­ низма деформационного упрочнения. Их можно сделать только на основании сопоставления кривых деформирования в обоб­

ционного упрочнения являются основными величинами, характе­ ризующими упруго-пластическое состояние материала в вершине трещины, поэтому исследование их зависимости от температуры, вида напряженного состояния и структуры материала имеет боль­ шое значение для успешного описания явления хрупкого разруше­ ния металлов. Приведенные в параграфе 1 данной главы результа­ ты дают возможность ответить на ряд принципиальных вопросов, относящихся к этой проблеме.

Первичные кривые на рис. 103 и 104 послужили основой построения обобщенных кривых щ = Ф1 (е*) и ттах = Фа (утах). Экспериментальные значения интенсивности напряжений сг;, ин­ тенсивности деформаций ей максимального касательного напряжения

Tmax и максимального сдвига Ymax определялись по формулам

При этом учитывалось, что для напряженных состояний к = 1 и к = 0,667, для создания которых применялось внутреннее дав­ ление р, на внутренней стенке трубки а3 = —р. Поскольку сжи­ мающее напряжение должно приводить к возрастанию и о*, и ттах, есть все основания полагать, что внутренняя поверхность образца наиболее благоприятна для начала пластического течения, поэто­ му условие текучести должно быть записано с учетом наличия на ней объемного напряженного состояния.

'Учитывая формулу (4.11), нетрудно показать, что для приня­ тых размеров образцов

при к = 1

Gi = 1,0667а-!,

(4.14)

Tmax = 1,0667 - ÿ - ;

при к = 0,667

а, = 0,924аг,

(4.15)

Tmax = 1,0445

Эти соотношения показывают, что пренебрежение влиянием внут­ реннего давления на текучесть приводит к занижению фактиче­

Обобщенные кривые деформирования представлены на рис. 106 и 107. Из рисунков видно, что при низких температурах (123 и 98 К) результаты, полученные при напряженном состоянии к = = —0,25, дают существенное отклонение от результатов при дру­ гих напряженных состояниях. Причины такого отклонения окон­ чательно не установлены. Все остальные кривые в целом в преде­ лах разброса экспериментальных данных достаточно хорошо соот­ ветствуют друг другу, что не дает оснований отвергать гипотезу единой кривой для изученного температурного диапазона, особен­ но для области начальных стадий пластического течения, и по крайней мере для напряженных состояний к > 0 (именно это ус-

Рас. 106. Обобщенные кривые деформирования железа Со средним размером верна d = 0,03 мм: ц

ловие характерно для напряженного состояния в вершине трещи­ ны нормального отрыва).

Температурные зависимости предела текучести тт, определен­ ного по кривым т,пах = Фа (Ymax)i показаны на рис. 108. Сле­ дует отметить, что на температурной зависимости условного пре­ дела текучести оо,2 (сго.г — напряжение, соответствующее оста­ точному удлинению 0,2% на кривых dj = / (ех)) расположение кривых, соответствующих различным напряженным состояниям,

отличается большим разбросом и имеет определенную закономер­ ность (ср. рис. 108, а и 109, б). На рис. 109, а показаны темпера­ турные зависимости разрушающих напряжений. В зависимости от температуры и вида напряженного состояния, как видно на первичных кривых рис. 103 и 104, величинам ов соответствуют

Рис. 108. Температурная зависимость условного предела текучести (каса­

Рнс. 109. Температурная зависимость условного предела текучести o0 2 (б) и разрушающего напряжения ав (а) для железа с различным размером зер­ на. Обозначения те же, что и па рис. 108.

Рис. 110. Влияние температуры на величину предельной деформации сдви­ га для железа со средним размером зерна 0,03 мм (а) и 1,7 мм (б):

1 — ft = ffj/o, <= 0; s — ft = а,/о, = 0,GC7t 3 — ft = <т,/<т, — 1.

различные деформации, что усложняет характер температурных зависимостей и их трактовку. Далее процессы разрушения мате­ риала рассматриваются более обстоятельно.

Температурные зависимости максимального относительного сдвига углах» соответствующего разрушению образца, показаны па рис. 110. Из этих графиков следует, что напряженное состояние существенно влияет на температуру перехода металла в хрупкое

ijnex//»

напряжения наблюдалось неоднократно [128, 383, 486], причем столь характерное снижение деформации до разрушения в области к = 0,5 находит некоторое объяснение, если предположить спра­ ведливость критерия максимального разрушающего нормального напряжения. В частности, для использованного закона упрочнения в виде (1.26) можно показать, что отношение деформации при слож­ ном напряженном состоянии етах н к максимальной деформации

начала текучести материала при сложном напряженном состоянии по результатам испытаний на растяжение.

В параграфе 6 главы второй указывалось, что специфичность поля напряжений на небольшом расстоянии от вершины трещины при плоской деформации такова, что приводит к одинаковым ус­ ловиям текучести на контуре пластической зоны для обоих рас­

терия дают одинаковые условия текучести. Из приведенных рисун­ ков видно, что для большинства исследованных случаев резуль­ таты опытов при к = 1 дают хорошее соответствие с этими крите­ риями, хотя для минимальных температур (зерно размером 0,03 мм) наблюдается некоторое отклонение экспериментальных данных.

Таким образом, данные рис. 113 и 114 можно рассматривать как экспериментальное обоснование допущения, принятого в па­ раграфе 6 главы второй, об ответственности максимальных каса­ тельных напряжений за пластическое течение материала на кон­ туре пластической зоны в вершине трещины в области не только нормальных температур, чему было достаточно доказательств и до данного исследования, но и низких, для которых в этом направ­ лении до настоящего времени получено мало результатов. Прав­ да, для температур 123 и 98 К нельзя говорить о строгом соблю­ дении этого допущения, однако, по-видимому, расхождение между предсказаниями критерия Треска — Сен-Венана и данными экс­ перимента связано с действием при этих температурах других ме­ ханизмов пластической деформации.

Этим, однако, не исчерпывается важность полученных резуль­ татов. Как видно из рис. 113 и 114, с понижением температуры рассмотренные выше критерии малопригодны для описания пре­ дельного состояния по разрушению материала. Это может поста­ вить под сомнение правомерность использования при низких тем­ пературах результатов работ [281, 326, 435], основанных на пред­ положении о связи между деформациями и напряжениями в форме Мизеса на стадии упрочнения материала. Данные этих работ по­ ложены в основу выводов соотношений для кинетики трещины, выполненных в параграфе 6 главы второй. На рис. 115, кроме кривых для начала текучести и разрушения, приведены также кривые, соответствующие промежуточным состояниям на стадий деформационного упрочнения. Хотя и в этом случае при минималь­ ной температуре наблюдается существенное отклонение от крите­ рия Мизеса, тем не менее есть основания утверждать, что для про­ межуточных состояний этот критерий удовлетворяется в такой же степени, как и для начала текучести, тогда как для разрушения