Многолетний опыт эксплуатации металлических конструкций и деталей свидетельствует о том, что наиболее опасным видом разрушения является хрупкое разрушение. Оно происходит довольно быстро и под действием относительно невысоких напряжений и потому наступает внезапно, неожиданно. В этой связи повышается актуальность рассмотрения вопросов, связанных с определением понятия «хрупкое разрушение», систематизации особенностей, этапов и др.
Разрушение металлических материалов представляет собой процесс появления и развития в металле трещин, которые приводят к разделению его на части. То есть оно связано с процессами пластической деформации, возникновения трещин и их последующего распространения на всю конструкцию.
Причины хрупкого разрушения могут быть разнообразны. Наиболее распространенными являются следующие:
Можно выделить три вида разрушений:
Хрупкое разрушение бывает на металлических конструкциях, характеризующихся слабой пластичностью, вследствие достаточно быстрого распространения в них трещин. При этом трещины возникают, как правило, в локальных зонах высокой концентрации напряжений.
Суть вязкого разрушения может наступить, если нагрузить пластичную конструкцию и при этом превысить предельно допустимую упругость. Металл переходит в новое состояние, которое называют пластической деформацией. Это, в свою очередь, приводит к вязкому разрушению конструкции. Данный вид разрушений может быть вызван избыточными напряжениями, возникающими в результате растяжения, сжатия или сдвига.
Усталостное разрушение – процесс, который чаще всего происходит с наработкой, которая накапливается не один месяц и даже год. Он может возникнуть в результате многократно повторяющегося нагружения напряжением, которое значительно ниже допустимого предела прочности самого материала. Трещины данного вида возникают на малых дефектах структуры металла. На ранних стадиях их можно обнаружить с помощью рентгеновского или ультразвукового контроля.
Хрупкое разрушение конструкций характеризуется некоторыми особенностями. Признаки, которые отличают хрупкое разрушение от других, заключаются в быстром растрескивании под действием относительно невысоких напряжений. То есть для хрупкого разрушения не требуется повышающей нагрузки извне. Для её стремительного развития достаточна величина запасенной упругой энергии самой разрушающейся конструкции.
На хрупкость сварных соединений оказывают влияние различные факторы. К внутренним факторам относятся следующие:
К внешним факторам относятся:
Несмотря на то, что хрупкое разрушение металлов проходит очень быстро, можно выделить несколько этапов в данном процессе. К ним относятся следующие:
Возникновение хрупкой трещины – это стабильный процесс, сопровождаемый макропластической деформацией (утяжкой) и вязким подрастанием трещины, предшествующим ее превращению в хрупкую. Переход процесса разрушения во вторую стадию происходит дискретно, хрупкая трещина мгновенно начинает распространяться нестабильно со скоростью примерно 1000 м/с.
Чтобы определить склонность различных материалов к хрупкому разрушению необходимо провести специальные испытания. Одним из самых популярных является испытание на ударный изгиб с определением ударной вязкости материала. В основе данного метода лежит разрушение образца, которое осуществляется с надрезом или без надреза ударом маятникового копра.
Испытания проводятся при разных температурах, в том числе и отрицательных. Это позволяет выстроить температурную зависимость ударной вязкости и установить величину температурного порога хладноломкости.
Разрушение металлических конструкций может быть различных видов. Одним из самых опасных является хрупкое разрушение. Оно происходит достаточно быстро без серьезных нагрузок и может привести к полному разрушению детали. Именно поэтому необходимо проводить специальные испытания для определения склонности материала к хрупкому разрушению.
