Ассоциация EAM
Ассоциация эффективного управления производственными активами

3.3. Виды разрушений и изломов

Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с.

В процессе эксплуатации механического оборудования происходят поломки, вызванные изломами деталей и приводящие в основном к аварийным остановкам. Излом – разрушение детали, вызванное низким качеством материала, дефектами изготовления, нарушением правил эксплуатации, случайными механическими повреждениями и другими факторами. Вид излома позволяет определить причины его возникновения. Различают следующие виды изломов в зависимости от признака классификации [12]:

  1. Характер силового воздействия:
    • изломы кратковременного однократного статического и динамического нагружения;
    • изломы длительного статического нагружения;
    • изломы усталостного разрушения:
      • типично усталостные;
      • коррозионно усталостные.
  2. Степень пластической деформации, протекающей в теле:
    • хрупкий;
    • квазихрупкий;
    • вязкий.
  3. Макрогеометрия и ориентация излома:
    • плоский;
    • плоский со скосами (чашечный);
    • прямой;
    • косой;
    • сложной формы.
  4. Вид и геометрия элементов поверхности разрушения:
    • по блеску и цвету:
      • матовый;
      • блестящий;
      • серый;
      • чёрный;
      • синий;
      • цвета окалины;
    • по характеру рельефа и степени шероховатости:
      • кристаллический;
      • волокнистый;
      • фарфоровидный;
    • наличие зональности:
      • однородный;
      • неоднородный.
  5. Связь с элементами структуры материала:
    • внутризеренный;
    • межзеренный;
    • межсубзеренный.
  6. Скорость распространения трещины:
    • хрупкий;
    • вязкий;
    • усталостный.

Наибольшее распространение получила классификация по характеру разрушения – хрупкое, вязкое и усталостное.

Вязкое разрушение сопровождается интенсивной пластической деформацией материала детали. Излом имеет волокнистое строение и, вследствие сильной деформации зёрен, не имеет кристаллического блеска. Неровные участки рассеивают свет и поверхность излома кажется матовой. Причиной образования является воздействие значительных кратковременных сил, возникающих при заклинивании механизма или нарушениях технологического режима. Вязкое разрушение имеет место и при длительном действии сил, вызывающих напряжения, превосходящие предел текучести материала детали. Признаком вязкого излома является наличие боковых скосов по его краю.

Если в процессе эксплуатации произошла поломка детали в нескольких местах, то надо знать, что первичные изломы (которые могли повлечь за собой все остальные поломки), как правило, не бывают вязкими. Вязкие первичные изломы встречаются при разрушении в редких случаях вследствие грубых ошибок, допущенных при расчёте на прочность, монтаже (сборке) или эксплуатации. Относительно медленно развивающаяся вязкая трещина либо заблаговременно обнаруживается, либо из-за чрезмерной пластической деформации деталь ещё до её полного разрушения перестаёт выполнять свои функции. Полное разрушение происходит редко, пластические деформации обнаруживаются путём визуального осмотра заблаговременно.

Хрупкое разрушение происходит внезапно при однократном приложении силы или под действием повторных ударных сил при малой степени местной пластической деформации. Излом имеет ярко выраженное кристаллическое строение у недеформируемых материалов и гладкое от сдвига у мягких материалов. Кромки изломов гладкие, ровные без скосов или с небольшими скосами (рисунок 3.7). Скос на хрупком изломе указывает место долома, то есть окончание разрушения. Участок без скоса (или с меньшим скосом) обычно примыкает к фокусу излома.

Хрупкое разрушение детали

Рисунок 3.7 – Хрупкое разрушение детали

Хрупкие разрушения в большинстве случаев начинают развиваться в зонах концентрации напряжений, в местах приварки элементов жёсткости, пересечения сварных швов, у отверстий и галтелей, в зонах резкого изменения толщины. Очагами хрупких разрушений металлоконструкций часто являются дефекты сварки – горячие и холодные трещины, непровары, подрезы, шлаковые включения, поры, расслоения металла.

Усталостное разрушение является одним из основных видов повреждения от действия циклических нагрузок. Усталостные разрушения возникают в процессе постепенного накопления повреждений в материале деталей под действием переменных напряжений, которые приводят к образованию микротрещин, их развитию и окончательному разрушению детали.

При внезапных отказах оборудования основной причиной является усталостный излом. Определение условий возникновения усталостной перегрузки по виду излома является основным объективным методом анализа внезапных отказов оборудования и даёт возможность предупреждать аналогичные отказы. Критериев такого анализа шесть:

  • характер излома;
  • глубина развития трещины усталости;
  • степень и характер наклёпа поверхности излома;
  • число начальных очагов развития трещины;
  • характер линии фронта трещины;
  • число следов линии фронта трещины.

На усталостном изломе чётко выделены:

  • зона усталостного разрушения, имеющая мелкозернистое строение, с фарфоровидной или шлифованной поверхностью;
  • зона статического разрушения – с волокнистым строением у пластичных металлов и крупнокристаллическим у хрупких.

В общем виде на усталостном изломе различают четыре зоны (рисунок 3.8):

  • зарождения усталостных трещин;
  • развития трещин (усталостного разрушения);
  • переходную – ускоренного разрушения;
  • окончательного, быстрого статического разрушения.

Усталостный излом, возникший при вращении, при умеренных напряжениях и естественном локальном концентраторе - шпоночном пазе

Рисунок 3.8 – Усталостный излом, возникший при вращении, при умеренных напряжениях и естественном локальном концентраторе – шпоночном пазе

В.М. Гребеник [4] составил классификацию строения усталостных изломов при различных видах и характерах нагружения (рисунок 3.9). На схемах показаны особенности зарождения трещин и характер продвижения линии фронта трещины (стрелками) в зависимости от вида и характера нагружения. Виды изломов в зависимости от характера нагрузки имеют свои особенности.

Строение усталостных изломов в зависимости от вида и характера разрушения

Рисунок 3.9 – Строение усталостных изломов в зависимости от вида и характера разрушения: а) при умеренных напряжениях; б) при высоких напряжениях

Растяжение вызывает локальную деформацию или “шейкообразование”; поверхность трещины формируется плоскостями разделения, наклонёнными под углом 45° к направлениям нагрузки. Образующиеся изломы типа чашка-конус характеризуются появлением во время разрушения в центральной части сечения начальной трещины, от которой в разные стороны расходятся более или менее чётко выраженные рубцы (излом чашечкой). При термообработке меняется размер чашечки относительно всего сечения детали. При этом с повышением твёрдости размер дна чашечки увеличится.

Сдвиг (срез). Можно выделить два вида разрушений при сдвиге: срез бруса и изгиб (коробление). При срезе бруса две половины трещины скользят одна по другой, поверхность подвергается трению, в результате чего трещина заглаживается или происходит задир поверхности. Направление задира показывает направление приложения силы среза.

Кручение – это форма сдвига. Две половины разрушенного металлического образца сохраняют некоторый остаточный изгиб. Поверхность трещины часто имеет вид такой же, как и при растяжении, и наклонена под углом скручивания.

Изгиб. Моменту изгиба, приложенному к материалу, оказывают сопротивление растягивающие и сжимающие напряжения самого материала. Разрушение материала при этом аналогично образованию трещин при растяжении с внешней стороны изгиба и сжатии с внутренней стороны изгиба.

Сжатие. Отказы из-за сжатия происходит в двух основных формах: сжатие бруса и изгиб (выпучивание).

Во время очистки и осмотра излома необходимо соблюдать следующие правила:

  • не следует удалять с поверхности излома неплотно прилегающие фрагменты;
  • не пытаться сложить вместе части разрушенной детали;
  • не протирать излом ветошью и щётками;
  • если излом не покрыт слоем смазки и грязи, то лучше его рассмотреть, не промывая;
  • необходимо осмотреть две части поломавшейся детали;
  • очистка излома проводится обдувкой сухим воздухом с последующим погружением в очищенный бензин, а для удаления ржавчины – в соляную кислоту.

Дефекты закалки стали

  1. Если изделие не было нагрето до необходимой температуры, то поверхность излома волокнистая, похожая на поверхность незакаленной стали. Напильник оставляет заметный след на детали.
  2. Изделие было нагрето до более высокой температуры, чем требовалось для закалки – поверхность излома неравномерная по зернистости от мелко до крупнозернистой, иногда искристая.
  3. Изделие было нагрето до чрезмерно высокой температуры и находилось при этой температуре продолжительное время – излом крупнозернистый до крупнокристаллического, с сильным белым блеском.
  4. Изделие было нагрето слишком быстро и неравномерно – излом неоднородный, местами незакаленные и хорошо закаленные зерна, на рёбрах и тонких частях наблюдаются пережжённые зёрна.
  5. Изделие прошло закалку в соответствии с необходимой технологией – закалённый слой мелкозернистый, равномерный.
< 3.2. Способы повышения надёжности механического оборудования при механических видах износа Содержание 3.4. Последовательность осмотра изношенных деталей, характерные признаки и причины повреждений >

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Аналогичные записи
  • 7.7. Обработка поверхности Обозначение шероховатости поверхности (смотри таблицу 7.3, таблицу 7.4): – знак I применяется для поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается; – знак II применяется для поверхности, которая должна быть обработана удалением слоя материала, например, точением, фрезерованием, сверлением, шлифованием, полированием, травлением и т.п.; – знак III применяется для поверхности, образуемой без удаления слоя материала, например, литьём, [...]
  • 7.6. Основы термообработки Термообработка металлов и их сплавов — процесс целесообразно выбранных операций нагрева и охлаждения, в результате которого повышаются механические свойства, изменяются физические свойства, а следовательно, увеличивается срок эксплуатации деталей. Основными видами термообработки являются: отжиг, нормализация, закалка и [...]
  • 7.5. Сопротивление материалов Модуль Юнга (модуль упругости первого рода) Е, МПа, Н/мм2 — постоянная упругости в законе Гука в пределах, когда деформация пропорциональна напряжению. Модуль Юнга численно равен напряжению, увеличивающему длину образца в два раза: для стали, Ест = (2,0-2,2)×105 МПа; для чугуна, Еч = 1,2×105 МПа; для меди, Ем = 1,0×105 МПа; для алюминия, Еал = 0,6×105 МПа; [...]
  • 7.4. Мерительный инструмент Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с. Мерительный инструмент В зависимости от назначения в процессе производства средства измерения и контроля линейных и угловых величин подразделяются на [...]
  • 7.3. Обозначения и свойства сталей, бронз, баббитов Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 [...]

Поддержите нас

Подписка

Рубрики