Отказы оборудования из-за потери прочности

Наиболее типичными выхода из строя оборудования, машин и приборов являются механическое разрушение, износ и коррозия.

Прочность — свойство материала в определенных условиях и пределах сопротивляться разрушению, а также изменению формы под действием внешних или внутренних нагрузок.

Параметрами прочности являются пределы прочности, пропорциональности, текучести, ползучести, выносливости и др.

Деформация — это изменение формы или размеров изделия или его части под действием внешних сил, при нагревании, охлаждении, изменении влажности и т. п.

Различают два вида деформации: упругую, исчезающую после устранения воздействий, вызвавших деформацию, и пластическую, остающуюся после удаления нагрузки.

Отказом по параметрам прочности могут быть события, связанные с получением недопустимой величины деформаций или с разрушением детали.

По виду поверхности разрушенияизломы подразделяются:

Хрупкий излом - излом без признаков макроскопических пластических деформаций.

Такой вид излома возникает при разрушении в условно упругой зоне деформирования. Однако при этом следует иметь в виду, что у вершины распространяющейся хрупкой трещины в металлах возникает локальная пластическая деформация. Хрупкое разрушение распространяется с большой скоростью, сопоставимой со скоростью распространения звука в данном материале.

Разрушение происходит по границам зерен, вызывая межкристаллитное разрушение или вдоль определенных кристаллографических плоскостей зерна (плоскости скола), вызывая транскристаллитное разрушение.

Хрупкое разрушение происходит в тех случаях, когда появляются факторы, препятствующие пластическим деформациям. Это может иметь место при изменении под воздействием эксплуатационных нагрузок, свойств материала (выделение хрупких карбидов, накопление усталостных повреждений, охрупчивание границ зерен и т. п.) или из-за приближения напряженного состояния к трехосному.

Хрупкое разрушение происходит, как правило, мгновенно без видимых предшествующих изменений состояния объекта.

Вязкому излому предшествует макроскопическая пластическая деформация, вызванная сдвигом в плоскостях скольжения или плоскостях скола и по границам зерен. Различают:

Волокнистый излом - плоскость излома перпендикулярна к направлению максимальных растягивающих напряжений. Этот излом образуется в условиях плоского деформированного состояния.

Разрушение сдвигом - плоскость излома наклонена под углом 45°. Этот вид излома образуется при объемном напряженном состоянии.

В зависимости от скорости приложения нагрузок изломы подразделяются на динамические, от превышения предела прочности и усталостные.

К динамическим, относятся изломы, происходящие внезапно под действием перегрузок или удара.

Среди динамических изломов следует различать хрупкие изломы с крупнозернистой поверхностью у практически недеформируемых материалов и вязкие изломы от сдвига, с гладкими поверхностями, проходящими по направлению максимального касательного напряжения и связанные со значительной пластической деформацией.

К усталостным, относятся изломы под действием переменных нагрузок, когда разрушение наступает после приложения большого числа циклов нагружений.

Рис. Схема усталостного излома пустотелого вала:

1 — фокус излома и очаг разрушения; 2 — вторичные ступеньки и рубцы; 3 - уста­лостные линии; 4 — зона ускоренного развития трещин; 5 - зона доламывания

Обычно на поверхности усталостного излома можно различить пять характерных зон.

1. Фокус излома — малая локальная зона, близкая к точке возникновения начальной макроскопической трещины усталости.

Обычно фокус излома располагается на поверхности детали в местах концентрации напряжений или поверхностных дефектов. Если в теле деталей были внутренние дефекты или детали подвергались поверхностному упрочнению, фокус излома может располагаться внутри детали.

2. Очаг разрушения - небольшая зона, прилегающая к фокусу излома.

При больших напряжениях может быть несколько очагов разрушения. На поверхности излома эта зона имеет наибольшие блеск и гладкость. Усталостные линии на очаге разрушения обычно отсутствуют.

3. Участок избирательного развития соответствует зоне развившейся трещины усталости.

В этой зоне видны характерные усталостные линии, волнообразно расходящиеся от очага разрушения. Форма усталостных линий зависит от формы детали и характера нагружения. Направления развития трещины могут отклоняться от первоначального. При этом образуются зародыши трещин, развивающиеся в другом направлении, называемые иногда пасынковыми. От их слияния образуются вторичные ступеньки и рубцы.

4_ Участок ускоренного развития трещины является переходной зоной между участками усталостного развития трещины и зоной долома.

Эта зона образуется в течение нескольких циклов, предшествующих окончательному разрушению.

5. Зона долома характеризуется признаками макро хрупкого разрушения.

Изломы, вызванные превышением предела прочности, занимают промежуточное положение между динамическими и усталостными.

Они характеризуются большой поверхностью окончательного излома, а также наличием на поверхности излома отдельных, проходящих на больших расстояниях линий разгрузки или уступов.