Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
Ниже подведены итоги применения микростатистического подхода к квазистатическому разрушению стали А533В, используемой для изготовления сосудов высокого давления [33].
Феноменология разрушения при растяжении стали А533В при температуре работающего реактора (560 К) изучалась путем исследования поверхностей излома и полированных частей разрушенного и частично разрушенного по методу Шарпи образца и образцов круглых стержней, испытанных при верхнем уровне температур (355 К). На поверхностях излома были видны пластические полусферические впадины, бимодально распределенные по размерам, а на полированных поперечных срезах-сферические пустоты. Был сделан вывод, что разрушение при растяжении происходит в результате возникновения, роста и слияния пустот (пор).
Поры возникают главным образом на включениях MnS и Al2O3 диаметром обычно 5-10 мкм. Они растут пластически и независимо, сохраняя приблизительно сферическую форму. Когда соседние растущие пустоты приближаются друг к другу, на частицах Fe3C размером 0,2 мкм, однородно рассеянных по материалу, возникают пустоты гораздо меньших размеров вдоль границ бейнитовых полос. Субмикронные пустоты формируют довольно хорошо очерченные поверхности, связывающие большие пустоты, и растут до радиусов ~ 1 мкм, прежде чем объединиться путем пластического соприкосновения. Таким образом, механизм объединения больших пустот заключается в появлении, росте и слиянии меньших пустот.
Для получения численных закономерностей процесса микроразрушения измеряли распределения включений по размерам, статистическое распределение пор и впадин на поверхности излома и устанавливали связь этих измерений с наложенным полем деформаций. На фотоснимке (рис. 6.13) видны поры, пересекающие отполированную плоскость, проходящую сквозь образец растягиваемого круглого стержня. Пустоты были подсчитаны и измерены. Эти сведения о поверхностных распределениях были превращены путем статистического преобразования [27] Динамическое разрушение
287
IO5
1 »4
4
і ,
І ю к
5 1
І Юг
!
Рис. 6.13. Распределение по размерам включений, пор | и поверхностных впадин J^ в растягиваемом гладком ^ стержне из стали А533В при ^ различных значениях пластической деформации ер.
Пластическая деформация
I I I I I I III 1 111111)1 I Itinn
IO 100 1000
Радиус Rt мкм
в распределение радиусов пустот в единице объема для каждой изображенной на рисунке зоны. Кумулятивное распределение по размерам регулярно возрастало по характерным размерам и по числу пустот по мере приближения к плоскости разрушения; вдали от этой плоскости оно совпадало с распределением включений, а вблизи нее-с распределением впадин. В областях с пластической деформацией менее 11% пустот обнаружено не было, что свидетельствует о том, что эта деформация соответствует не только началу формирования шейки, но и является пороговой для зарождения пустот. Скорости роста пустот определялись по этим данным путем проведения горизонтальных линий постоянного числа пор и нахождения точек их пересечения с кривыми распределений при различных деформациях.
Модель пластического разрушения задается аналитическими выражениями, описывающими зарождение, рост и слияние пустот, и алгоритмом для расчета постепенного уменьшения прочности образца по мере развития пустот. Модель была построена таким образом, чтобы по возможности максимально точно воспроизвести данные экспериментальных наблюдений и измерений. 288
Г лава 2
Предполагалось, что поры зарождаются путем отрыва матрицы от включений. Предполагалось также, что материал не содержит пустот до достижения деформации 11%. В момент достижения такой деформации в материале появляется множество пустот так же распределенных по размерам, как и включения (рис. 6.13). Как и для полос сдвига и хрупких трещин, это распределение может быть задано в экспоненциальной форме
N, = N0 ехр (-*/*„), (6.38)
где Ng- число включений (пустот), радиусы которых больше Я, N0-общее их число в 1 см3, a Rn-характерный линейный размер распределения. Предполагалось, что пустоты распределены одинаково в каждой расчетной ячейке, так что разрушаемый материал можно рассматривать как однородный и изотропный. Экспериментальные наблюдения показали, что зарождение пустот зависит главным образом от пластической деформации сдвига ёр, и на этой основе была предложена следующая линейная модель зарождения пор:
N0 = N1(Sp-S1), є1<єр<є2,
(6.39)
No = N1 (є2 — e1) + N2 (єр — є2), є2<8р,
где N1 и N2-XapaKTepHbie для материала плотности пустот, a E1 и Z2-пороговые деформации, определяемые по опытным данным. Результаты испытаний на растяжение дают значения 5 - IO6 и 1 • IO5 см "3 для N1 и N2 соответственно и 0,11 и 0,13 для C1 и є2.
Если поры возникли, то они постепенно растут из-за пластического течения, упругих деформаций и термического расширения. Закон пластического роста имеет следующий вид:
Vv = V0 exp - T1 ^-(8р - sg)J, (6.40)
где Ps-среднее напряжение в твердой среде, а ^-безразмерный параметр, определяемый по графику зависимости объема поры от деформации, который был построен по результатам измерений, выполненных на ряде надрезанных и ненадрезанных растягиваемых брусьев [33]. Это уравнение очень похоже на выведенный теоретически в работе [22] закон роста.
