книги / Теория наведенной неоднородности и ее приложения к проблеме устойчивости пластин и оболочек

темная пораженная зона, в которой появляется большое число мик­ родефектов, то есть происходит разрыхление материала.

В работе /284/ для композитных материалов показана возмож­ ность экспериментального выделения зоны с изменяющимися во времени физико-механическими свойствами.

На рис. 18 приведены результаты испытаний на прочность и из­ мерений микротвердости образцов из композита на полиэфирном связующем, взаимодействующих с 20%-ной щелочной средой NaOH. Линии 1, 2 и 3 на рис. 18 соответствуют времени выдержки в сутках 14, 21 и 28. Зная, что изменение микротвердости образца в заданном сечении во времени пропорционально изменению прочно­ сти, можно судить о характере деградации прочности материала по сечению образца. Как видно из приведенного экспериментального исследования, для некоторого интервала времени характерно нали­ чие внутренней области, где свойства материала остаются первона­ чальными.

Приведенные экспериментальные данные относятся, в основ­ ном. к полимерным и композитным материалам, однако аналогич­ ные результаты имеют также место для сталей и сплавов.

В работе Ю.И.Арчакова /11/ получены экспериментальные данные по развитию неоднородности свойств стали во времени и по объему в условиях взаимодействия с водородосодержащими сре­ дами.

В работе /13/ также отмечается развитие наведенной неодно­ родности свойств стали во времени в условиях взаимодействия с водородосодержащими средами. Прочностные и пластические свой-

ства стали резко снижаются только , в зоне, подвергшейся обезугле­ роживанию.

На рис. 19 /12/ показано распределение равновесной концен­ трации водорода в стенке трубчатого образца при различной толщи­ не стенки: 1 - толщина стенки 4мм; 2 -толщина 7мм; 3- толщина 1'.)мм; 4 - толщина 12мм.

/

Ч>1

/с

£

■НО) /

№

/

На рис.20 показано изменение механических свойств по тол­ щине стенки реактора после его эксплуатации под давлением водо­ рода : А - внутренняя поверхность стенки; В - внешняя поверх­ ность/ 12/.

Глубина обезуглероживания ДА, плоских и трубчатых образцов с толщиной стенки h пропорциональна корню квадратному времени

взаимодействиях: ДА.= lk-/г, где к - константа обезуглероживания /12/. При этом имеет место инкубационный период, в течение кото­ рого не происходит заметных изменений механических свойств ме­ талла. Изменение глубины обезуглероживания принято называть движением фронта зоны обезуглероживания (рис. 21). На рис.21 по­ казано изменение глубины обезуглероживания круглой пластинки из стали 35 с течением времени (движение фронта обезуглерожива­ ния при Т = 723° и давлении водорода от 10 до 50МПа /257/).

Анализ экспериментальных данных /12, 121, 257/ по кинетике обезуглероживания сталей позволил И.Г.Овчинникову, Е.В. Гарбуз,

Рис. 24

Снижение кратковременной прочности сталей 1Х18Н9Т и 50 при воздействии агрессивной среды и высокой температуры отмеча­ ется в /76/. На рис.24 приведены зависимости предела прочности этих сталей от температуры и времени выдержки в водороде и в ар­ гоне при одинаковых условиях. Кривые 1, 4 - при температуре 20°С, после различного времени выдержки в водороде при темпе­ ратуре 600°С сталей 1Х18Н9Т и 50 соответственно; кривые 2, 3 - за­ висимости от температуры для стали 1Х18Н9Т соответственно в во­ дороде и аргоне; кривые 5, 6 - для стали 50 от температуры в водоро­ де и аргоне, соответственно.

В работе И.С.Шпарбер /300/ отмечается, что снижение предела прочности для сталей происходит сильнее при ее более высокой ис­ ходной прочности. На рис.25 показана зависимость вличины сниже­ ния предела прочности стали (0,43% С, 0,89% Мп) от ее исходной прочности после выдержки в течение 200 часов в насыщенном серо­ водородом растворе щавелекислого калия.

Как отмечалось ранее, в случае обезуглероживания под дейст­ вием агрессивной среды углеродистых сталей происходит сущест­ венное снижение пластичности.

Так, А.М.Сухотин и В.С.Зотиков /273/ приводят данные о сни­ жении пластичности стали ХЕ8Н9Т в среде сероводорода (рис. 26).

Кривые 1 на рис.27 построены по данным испытаний непосред­ ственно после наводораживания, а кривые 2 - после наводороживания и нормализации.

Вработе /13/ приведена зависимость предельной пластичности

естали 12Х18Н10Т при 80ОС от продолжительности испытания t (рис.28). Кривая 1 на рис.28 получена при испытании в аргоне под давлением Р=20 - 40МПа, кривые 2, 3 получены в водороде при Р=20МПа и Р = 40МПа.

40 80 (20 (ВО 200 2*0

На рис.29 приведены кривые ползучести образцов из стали ЗОХМА в исходном состоянии (кривая 1) и после воздействия

водорода (кривая 2) /291/.

На рис.30 приведена зависимость разрушающего напряжения бР при растяжении стеклопластика на основе смолы ПН-1 от вре­ мени действия воды /220/. За 400 часов прочность при этом снижа­ ется более чем на 40%. На рис.31 показано снижение разрушающего напряжения при растяжении полиэфирного стеклопластика на ос­

нове смолы ПН-15 с течением времени при 295 К в средах: 1 - 5%- ный водный раствор платинохлористоводородной и плавиковой ки­ слот; 2 - толуол; 3 - 95%-ная серная кислота /220/. В серной кислоте через 40 часов стеклотекстолит почти полностью теряет способность сопротивляться растяжению.

А.П.Федоровым и Ю.Б.Потаповым приводятся эксперимен­ тальные данные по изменению во времени прочности полимербето­ на при выдерживании в растворах серной кислоты (рис.32,а) и едко­ го натрия (рис.32,6). Цифры у кривых соответствуют концентрации растворов.

Воздействие агрессивной среды приводит и к уменьшению уп­ ругих характеристик пораженного материала. В /239/ приводятся данные об изменении модуля упругости при изгибе образцов из по­ лиформальдегида марки "болрин" в разных средах: 1- в воде; 2 - в уксусной кислоте; 3 - в бензине (рис.33). В работе /287/ получены данные об изменении модуля упругости при растяжении стеклопла­ стика на основе полиэфирной смолы ПН-1 и эпоксидной смолы ЭД-5 в шахтных водах различной кислотности при температуре 15 - 20ОС (рис.34). На рис.34 кривые 1, 2, -3 получены для образцов, изготов­ ленных в вакууме, а кривые 4, 5, 6 - для нормальных условий изго­ товления образцов.

Большое значение имеют экспериментальные исследования по влиянию агрессивных сред на диаграмму деформирования, пред­ ставляющую собой, как известно, интегральную харатеристику ме­ ханических свойств материала, в которой находят отражение все процессы, протекающие в материале на микро- и макроуровнях. На изменение диаграммы деформирования материала под действием различных агрессивных сред обращалось внимание в работах ряда

авторов/156,50, 12, 177, 123, 231,185,217,150,239,144,155,175, 182, 183, 287, 279, 225, 304, 68,43/.

Большой интерес экспериментаторов вызывает влияние водо­ рода на свойства материалов, в том числе на измененйе диаграммы

(рис.35). Цифрами на рис.35 обозначено: 1- исходная; 2- после водо­ родного воздействия; 3- после водородного воздействия и отпуска при 550°С в вакууме; 4-после водородного воздействия и нормали­ зации в вакууме. Качественно аналогичные результаты получены в / 12/, где также отмечается снижение временного сопротивления и исчезновение физического предела текучести. На рис.36 показаны: 1- ненаводороженная сталь; 2 - 4 - образцы, находившиеся в атмосфере водорода при высокой температуре в течение различного времени. В работе /177/ приведены результаты исследования пластичности и характера разрушения конструкционной стали 38ХС (рис.37) после наводороживания стали при различной плотности тока: 1 - диаграмг

ма исходного состояния образцов; 2 - плотность тока 0,1Ма/см2 ; 3 - плотность тока 1Ма/см2. При повышении плотности тока до 1 Ма/см2происходит охрупирование стали и снижение напряжения разрушения. Результаты электролитического наводороживания об­ разцов из армко-железа в 4%-м растворе серной кислоты приводятся в /123/. На рис.38 показаны кривые деформирования: 1 - ненаводороженный образец;2, 3, 4 - образцы после наводороживания (при плотности тока 10а/дм2и t=15; 120; 240мин) .

Р,г

Рис. 38

Отмечается изменение диаграммы как в начале пластического течения, так и перед разрушением образцов.

Влияние различных спо­ собов насыщения водородом на диаграмму растяжения мало­ углеродистой отожженной ста­ ли показано в работе /231/.На рис.39 приведены результаты испытаний: 1- в воздухе; 2 - в электролите при анодной поля­ ризации; 3 - в электролите при катодной поляризации. В /231/

отмечается также, что снижение пластичности наводороженной стали и уменьшение сопротивления разрыву зависит от плотности тока и вида поляризации. Анализ поведения диаграмм растяжения высокопрочной стали AJSJ4140 при агрессивном воздействии приве­ ден в /217/. На рис.40 приведены кривые деформирования, получен-

30 Виды наведенной неоднородности

ные при следующих условиях испытаний: 1 - испытывались образцы с твердостью HRC28 в 10%-ном растворе серной кислоты, насы­ щенном трехокисью мышьяка; 2 - испытания образцов на воздухе с

деформации 5*10"4 мин*1. На рис.41 приведены кривые при различ­ ных условиях: 1 - испытание в азоте; 2 - в деаэрированной воде; 3- в недеаэрированной воде.

Исследование поведения диаграмм деформирования полимербетона ФАМ по­ сле выдержки образцов в средах различ-. ной влажности проведено в /156/. На рис.42 показаны диаграммы деформирова­ ния растяжения и сжатия при следующей влажности среды: кривая 1- 20%; 2-40%; 3- 60%; 4 - 80%; 5 - 97%.

В /183/ исследовано влияние на диа­ граммы деформирования воды в биопо­ лимерах. На рис.43 показаны кривые в зависимости от концентра­

ции воды С.

Существенное влияние на физико-механические свойства и диаграммы деформирования сталей оказывает радиационное облу­ чение /279, 304/. На рис.44 для стали А-212В показано влияние сум­ марного потока нейтронов до Ю20not на: 1 - предел прочности; 2 - предел текучести; 3 - относительное сужение; 4 - относительное уд­ линение. Существенное изменение претерпевает и диаграмма де­ формирования. На рис.45 приводятся две кривые деформирования: