89016 P3040904

2.9. Nośność konstrukcji w aspekcie różnych właściwości stall

sko nazywa się wzmocnieniem materiału lub konsolidacją materiału. Z tych względów rola dyslokacji jest dwojaka: przy małej spoistości metalu dyslokacje wzmacniają materiał, stwarzając przeszkody dla rozwoju odkształceń plastycznych, przy dużej spoistości osłabiają materiał, tak gdyby spulchniając go. Duże odkształcenia plastyczne, a zatem takie naprężenia styczne, doprowadzają do całkowitego zniszczenia, tj naruszenia spójności materiału.

Istnieją trzy podstawowe sposoby zniszczenia:

□ przez ścięcie, czyli ciągłiwość (odkształcał ność) plastyczną,

O przez zerwanie, czyli pęknięcie kruche,

0    mieszane.

Zniszczenia te wyróżniają się tym, że ich proces przebiega przez wnętrze ziarn, polikrysztaJów. Jest to tak zwane zniszczenie transkrystaliccne. w czasie którego można wyodrębnić następujące fazy:

#    spiętrzenie dyslokacji,

•    odkształcenie plastyczne,

•    zarodkowanie mikropęknięć,

#    rozprzestrzenianie się mikropęknięć.

W pewnych warunkach ąjawiska te następują kolejno w sposób ciągły, a rozwój każdego z nich przygotowuje warunki do zapoczątkowania następnego. Ma to miejsce w przypadku zniszczenia przez ścięcie. Jeżeli jednak warunki niezbędne do rozprzestrzeniania się pęknięcia są jut spełnione, zanim pojawi się pierwsza raikroszczelina. wtedy następąje ich dynamiczny wzrost, co odpowiada kruchemu pęknięciu.

Przy zniszczeniu materiału przez ścięcie, w miarę skupiania się dyslokacji, w najbardziej osłabionych obszarach tworzą się mikropory, a następnie tworzy się „szyjka” próbki rozciąganej.

Naprężenia styczne i odkształcenia plastyczne związane z ruchem dyslokacji są głównymi przyczynami zniszczenia przez ścięcie. Samo jednak naruszenie spójności materiału w końcowym efekcie odbywa się przez oderwanie, gdy skoncentrowana energia powierzchniowa szczelin prze wyższy energię wiązań atomowych.

2.9.3. Kruchość metali

Mechanizm kruchego zniszczenia metalu objaśnić można za pomocą teorii rozwoju pęknięć w materiałach (281. W rzeczywistym metalu są bowiem zawsze defekty w postaci mikroporów i mikroszczelin, które nawet przy niedużych naprężeniach działających na ciało, mogą zwiększyć się

1    łączyć tworząc mikropęknięcia. Szczelina działa jak silny koncentrator naprężeń; skupia więc jak gdyby w swoim wierzchołku energię sprężystą, która wyzwala się przy powstawaniu tej szczeliny i skierowuje tę energię na pokonanie oporu materiału przeciwko dalszej propagacji pęknięcia. Jeżeli ten opór jest duży, np. w plastycznym metalu, to rozwój szczeliny może się zatrzymać, „ugrzęznąć”. Alternatywnie, szczelina może nieodwrotnie powiększać tę energię, doprowadzając do lawinowego zniszczenia elementu konstrukcyjnego. Powstałe w latach sześćdziesiątych różne teorie pęknięć kruchych przedstawiono m.in. w pracy (601 Problemy kruchości stali w niskich temperaturach dyskutowano w pracy 1461.

Ciągłiwość elementu konstrukcyjnego ze steli plastycznej może być więc zahamowana (ograniczona) lokalną szczeliną (pęknięciem), która w wymiarze makroskopowym nazywa się karbem. Karby przypadkowe powstać mogą podczas cięcia elementów, gięcia, trasowania wyrobów hutniczych, a w szczególności podczas spawania. Wszelkie kratery spawał-

ruftcjlmeżztowyeb

niczc. nadtopienia. bnh przetopów tą mWkmi krorheśn Mli miękkiej Stał* metiepnktęoes. Htwter^n w aekte nauirmłn* pęcherzyki sprawowane lub zgrzewane w cauto obróbki plastycznej iwalcmtiMi, •ą banlao wrażliwe na kmchi ucbawtaw się Równie* gwałtowne zmiany geometrii elementów konstrukcyjnych uw^ją ich kruchość

Kyn.2.10 Charakterystyk* eflasaaS* asż

k mlisiś s hśizl

Na rys. 2.1 On pokazano wy krany statycznej próby rosrtągania próbek eta lewych znormalizowanych, przypoiowanych i jednego gatunku stali pin-stycznej. Łatwo zauważyć «rys 210), ża im gwahtwnepia Jasi zmiana przekroju próbki, tym większa jeet granica wytrzymałości uraz mi\up«« ciągłiwość plastyczna, czyh większa kruchość tej próbki Kruchość stali zwiększa «ę więc wraz ze wzrostem aetreśn geometrii karbu. Na dnie karbu generuje się w próbce nierównomierny trojosiowy etan napręża oia. Rozkład naprężeń działających aa płaski element obrazuje w kierunku z krzywa a 6 c, a w kierunku y krzywa W t. Powalanie trójoaio-wego stanu naprężenia w sąsiedztwie karbu również wyjaśnia zmianę zachowania się stali plastycznej z ciągli wego w jednoosiowym stanie naprężenia do kruchego w trójoaiowym stanie naprężenia.

Ocenę skłonności stali do kruchego zachowania się uzyskujemy • próby udamości próbki z karbem Chorpyego o znormalizowanych wymiarach i geometrii karbu.

Miarą oceny skłonności metalu do kruchości jest praca wymagana do zniszczenia danej próbki. Stałe niestopowe (plastyczne* przy normalnej temperąturae charakteryzują się pracą w próbie udamości w granicach 10 J/cnT do 100 J/cm .

Do warunków sprzyjąjących generowaniu się kruchości materiału należą także zgniot, starzenie się, nierównomierny rozkład naprężeń, obciążenia, niska temperatura, ryki inność zmian naprężeń umęczenie metal*).

Kruchość materiału jeet bardzo negatywną właściwością Elementy konstrukcyjne w stenie kruchości narażone są na nagłe, niespodziewane (bez sygnalizowanych wstępnych odkształceń; pęknięcia, doprowadzające do katastrofy całej konstrukcji.