Механическая стабильность — универсальная мера сопротивления переходу в хрупкое состояние металла

Abstract

На основе физических представлений о микромеханизме перехода метал-ла из пластичного состояния в хрупкое сформулированы представления о физической природе пластичного состояния металла и предложены мак-роскопические характеристики стабильности пластического состояния металла: «параметр механической стабильности» Pms и «коэффициент механической стабильности» Kms. Введена новая характеристика «силовой эквивалент охрупчивания» Em, позволяющая в единой шкале описать охрупчивающее действие таких разных по физической природе факторов, как сложное напряженное состояние, концентрация напряжений, низкие температуры, динамическое нагружение. Получен критерий, описываю-щий стабильность пластического состояния металла в вершине макро-трещины и предложена методика экспериментального определения вели-чины параметра Em для стандартного образца с трещиной. Для типичных представителей конструкционных сталей низкой, средней и высокой прочности приведены экспериментальные значения величины «коэффициента механической стабильности» Kms. Проведено сопоставление конструкционных сталей по их способности сопротивляться хрупкому раз-рушению в условиях концентрации напряжений.

На основі фізичних уявлень про мікромеханізм переходу металу із пластичного стану в крихкий сформульовано уявлення про фізичну природу пластичного стану металу і запропоновано макроскопічні характеристики стабільности пластичного стану металу: «параметр механічної стабільности» Pms і «коефіцієнт механічної стабільности» Kms. Введено нову характеристику «силовий еквівалент окрихчування» Em, що дозволяє в єдиній шкалі описати окрихчувальну дію таких різних за фізичною природою факторів, як складний напружений стан, концентрація напруг, низькі температури, динамічне навантаження. Одержано критерій, що описує стабільність пластичного стану металу у вершині макротріщини й запропоновано методику експериментального визначення величини параметра Em для стандартного зразка з тріщиною. Для типових представників конструкційних сталей низької, середньої і високої міцности наведено експериментальні значення величини «коефіцієнта механічної стабільности» Kms. Виконано співставлення конструкційних сталей за їх здатністю чинити опір крихкому руйнуванню в умовах концентрації напруг.

Conception of physical nature of ductile state of metal is formulated grounded on physical ideas of micromechanism of ductile-to-brittle transi-tion. Macroscopic characteristics of plastic state stability, namely, ‘the pa-rameter of mechanical stability’, Pms, and ‘the coefficient of mechanical sta-bility’, Kms, are offered as well. New characteristic—‘the force equivalent of embrittlement’, Em, is introduced. It enables to describe equally the effect of embrittlement of such factors different by their nature as combined stress state, stress concentration, low temperatures, dynamic loading. The obtained criterion describes stability of ductile state of metal ahead of macrocrack tip. The technique of experimental finding of the value of Em parameter for stan-dard specimen with a crack is suggested. For typical structural steels of low, medium and high strength, experimental values of the coefficient of me-chanical stability, Kms, are presented. The structural steels are compared by their ability to resist brittle fracture under the stress concentration.