7.Работа стали на однократное растяжение, виды разрушения материала.

Работа стали при сложном напряженном состоянии. Сложное напряженное состояние характеризуется наличием двух или трех главных нормальных напряжений σ₁ , σ₂ и σ₃, действующих одновременно. Если при одноосном напряженном состоянии (σ₁ не равно 0 , σ₂=0 и σ₃=0) пластические деформации развиваются при напряжениях, равных пределу текучести, то при слож­ном напряженном состоянии переход в пластическое состояние зависит от знака и от соотношения значения действующих напряжений.

При однозначном поле напряжений развитие пластических деформаций запаздыва­ет, предел текучести повышается, а протяженность площадки текучести уменьшается , повышается опасность хрупкого разрушения. При трехосном растяжении материал разрушается хрупко, без развития пластичной деформации (при трехосном сжатии разрушить металл не удается).

При разнозначных (сжатие в одном и растяжение в другом направлении) напряже­ниях наблюдается обратная картина. Пластические деформации начинаются раньше, чем главные напряжения достигли предела текучести одноосного нагружения . Сталь становится как бы более пластичной.

Условие перехода материала в пластическое состояние устанавливается на основа­нии теории прочности

При растяжении гладкого образца правильной формы напряжения во всех сечениях, удаленных от места приложения нагрузки, распределяются равномерно и траектории главных напряжений прямолинейны.

В местах искажения сечения линии главных напряжений искривляются и, обтекая границы, сгущаются.

Сгущение траекторий главных напряжений характеризует повышение напряжений и этих мес­тах, а их искривление свидетельствует о появлении двух главных напряжений σ₁ , σ₂ т.е. о возникновении плоского напряженного состояния. При большой толщине элемента возникает третье главное напряжение σ_3, напряженное состояние будет объемным

При статических нагрузках и нормальной температуре концентрация напряжений в большинстве случаев существенного влияния на несущую способность не оказывает ,если не учитывать некоторое повышение разрушающей нагрузки. Поэтому в расчетах элементов металлических конструкций влияние таких воздействий на прочность не учитывается.

При понижении температуры прочность на разрыв гладких образцов повышается во всем диапазоне отрицательных температур: прочность же образцов с надрезом повышается до некоторой отрицательной температуры, а затем понижается, поэтому концентрация напряжений особенно опасна в конструкциях, эксплуатируемых при низких температурах.

Крайне неблагоприятное влияние на прочность при концентрации напряжений ока­зывают динамические воздействия, а также резкое снижение температуры, носящее характер температурного удара.

8.Условия, способствующие хрупкому разрушению стали (температуры, влияния концентраторов напряжений и др.).

Хрупкое разрушение происходит путем отрыва без заметных деформаций, внезапно. Хрупкое разрушение происходит в три стадии: зарождение микро­трещины, увеличение ее до критических размеров, лавинообразное распространение и разрушение материала. При этом в отличие от вязкого разрушения хрупкое разрушение происходит при малых общих деформациях.

Основными факторами, способствующими хрупкому разрушению стали, являются:

величина зерна (крупнозернистая сталь более склонна к хрупкому разрушению, чем мелкозернистая);

повышенное содержание вредных примесей (фосфор, сера, азот, кислород, водо­род и т.д.);

старение;

наклеп;

низкая температура эксплуатации;

концентрация напряжений: динамический характер воздействий; толщина проката.

Механические свойства стали при нагревании ее до температуры 200 — 250 °С практически не меняются

При температуре 250 —300 °С прочность стали несколько повышается, пластичность снижается. Сталь в изломе имеет крупнозернистое строение и становится более хрупкой. Не следует при этой температуре деформировать сталь или подвергать ее ударным воздействиям.

Нагревание выше температуры 400 °С приводит к резкому падению предела текуче­сти и времен нога сопротивления, а при температуре 600 —650 "С наступает температур­ная пластичность и сталь теряет свою несущую способность.

При отрицательных температурах прочность стали возрастает, временное сопротивление и предел текучести сближаются, ударная вязкость падает и сталь становится хрупкой.

Зависимость ударной вязкости от температуры характерна тем, что переход от вязкого разрушения к хрупкому происходит, как правило, скачкообразно, в узком температурном диапазоне, называемом порогом хладноломкости. Обычно в ка­честве порога хладноломкости принимают температуру, при которой ударная вязкость становится меньше определенной величины (30-40 Дж/см²).

Склонность стали к хрупкому разрушению при низких температурах зависит от ве­личины зерна (мелкозернистые стали лучше сопротивляются хрупкому разрушению и имеют более низкий порог хладноломкости), наличия вредных примесей (фосфор, сера, азот, водород), толщины проката (масштабный фактор).

Наиболее склонны к хрупкому разрушению кипящие стали.

При увеличении толщины проката порог хладноломкости смешается в область бо­лее высоких температур.

С изменением температуры меняется также вид поверхности излома.