Руйнування (механіка)

В'язке руйнування — руйнування, що супроводжується розвитком пластичних деформацій у матеріалі[1]. Відбувається після суттєвої пластичної деформації, що відбувається по всьому або майже по всьому об'єму тіла. Прикладом в'язкого руйнування може служити розрив зразка з відпаленої міді після 100% звуження шийки при розтягуванні, що відбувається в результаті втрати здатності матеріалу чинити опір пластичній деформації.

Крихке руйнування деталі з алюмінієвого сплаву

Крихке руйнування — руйнування без слідів пластичних деформацій у матеріалі[1]. Відбувається в результаті поширення магістральної тріщини після пластичної деформації, зосередженої в області дії механізму руйнування. Крихке руйнування поділяється на ідеально крихке і квазікрихке (ніби-то крихке).

Ідеально крихке або крихке руйнування відбувається без пластичної деформації. Після руйнування можна заново скласти тіло колишніх розмірів з осколків без зазорів між ними.

Квазікрихке руйнування припускає наявність пластичної зони перед краєм тріщини (локальна зона пластичної деформації) і наклепаного матеріалу біля поверхні тріщини. Решта, значно більший за величиною, об'єм тіла знаходиться при цьому в пружному стані.

Руйнування від втоми щоки колінчастого вала. Нижня зона зламу: втомне руйнування. Верхня зона: зона крихкого доламу

Втомне руйнування — руйнування матеріалу під дією повторно-перемінних (часто циклічних) напружень в результаті накопичення незворотних ушкоджень. При цьому виді руйнування на поверхні тіла спочатку з'являються мікротріщини, одна з яких в результаті багаторазового прикладання навантаження розростається до макротріщини з наступним повним руйнуванням зразка або деталі машин. Розрізняють багатоциклову або малоцикловоу втому.

Багатоциклова втома або просто втома характеризується номінальними напруженнями, меншими за границю плинності; повторне навантаження відбувається в пружній області аж до руйнування. Число циклів навантажувань становить 10⁵ і більше.

Малоциклова втома характеризується номінальними напруженнями, що перевищують границю плинності. При кожному циклі навантаження в тілі виникає макроскопічна пластична деформація. При такому виді навантаження число циклів навантажувань до руйнування не перевищує 10⁴…10⁵.

Схематичне зображення тристадійного зростання видовження у часі в умовах повзучості, яке закінчується руйнуванням

Руйнування в умовах повзучості спостерігається при навантаженнях за досить високих температур в полікристалічних металах та в пластмасах. За цих умов у металевих матеріалах зв'язки на границі кристалічних зерен стають слабшими, ніж самі зерна, і значна частина деформації повзучості відбувається за рахунок ковзання зерен одне відносно одного. Це ковзання носить характер в'язкої течії, яка зазнає опору, так як зерна через неправильну форму взаємодіють з сусідніми зернами. Ковзання стає можливим за рахунок пластичної деформації зерен і супроводжується появою міжзеренних тріщин, котрі призводять до руйнування. Розрізняють декілька різновидів такого руйнування.

Процес повзучості, як правило, можна розділити на три стадії: 1 — Неусталену, або первинну, повзучість, під час якої швидкість деформації зменшується; 2 — усталену, або вторинну, повзучість, при якій швидкість деформації практично є постійною, і 3 — третинну повзучість, при якій швидкість деформації повзучості збільшується (часто досить швидко) аж до руйнування. Такий вид руйнування часто називається розривом при повзучості.

Термічна релаксація спостерігається, коли в процесі повзучості, що приводить до релаксації попередньо напруженої або деформованої деталі, її розміри змінюються так, що деталь вже не може виконувати призначеної їй функції. Наприклад, якщо попередньо напружені болти посудини, що працює в умовах високих температур, релаксують внаслідок повзучості так, що навантаження від максимального тиску перевищує попереднє навантаження і герметичність з'єднання порушується, говорять, що болти руйнуються внаслідок термічної релаксації.

Розрив при короткочасній повзучості тісно пов'язаний з процесом повзучості, однак при цьому значення напружень і температури є такими, що елемент в'язко розділяється на дві частини за відносно короткий період часу. За цих умов період усталеної повзучості є дуже нетривалим або відсутнім зовсім.

Руйнування паропроводу в результаті корозійної ерозії

Корозійне руйнування відбувається за рахунок хімічних і електрохімічних процесів і реакцій. Корозія зазвичай не змінює механічних властивостей матеріалу, а призводить через ерозію матеріалу до поступового рівномірного зменшення розмірів навантаженої деталі чи появи концентраторів напружень, наприклад, внаслідок поступового розчинення. В результаті напруження, що діють в небезпечному перерізі, зростають і, коли вони перевищать граничний рівень, відбудеться руйнування. Розрізняють декілька різновидів корозійного руйнування.

Руйнування в результаті корозії під напруженням спостерігається, коли механічні напруження призводять до виникнення локальних поверхневих тріщин, розташованих зазвичай вздовж границь зерен, в деталі, що знаходиться в корозійному середовищі. Часто утворення тріщин ініціює початок процесів руйнування інших видів. Руйнування в результаті корозії під напруженням являє є небезпечним видом корозійного руйнування, до якого схильні чавуни, сталі, мідні та алюмінієві сплави.

Руйнування внаслідок корозійного зносу є складним видом руйнування, при якому несприятливі наслідки корозії і зносу призводять сумісно до втрати працездатності деталі. У процесі корозії часто утворюються тверді абразивні частки, які прискорюють зношування, а в процесі зношування в свою чергу з поверхні постійно видаляються захисні шари і оголюється свіжий метал, що прискорює корозію. Взаємний вплив цих процесів один на одного істотно підвищує небезпеку руйнування.

Корозійна втома являє собою складний вид руйнування, при якому спільно позначаються несприятливі ефекти корозії і втоми, що призводять до руйнування. У процесі корозії на поверхні металу часто утворюються ямки, що стають концентраторами напружень. У результаті концентрації напружень процес втомного руйнування прискорюється. Крім того, тріщини в тонкому шарі продуктів корозії служать зародками втомних тріщин, що поширюються в основний метал. З іншого боку, в результаті дії циклічних напружень або деформацій відбувається розтріскування і відшаровування продуктів корозії, тобто відкривається доступ корозійного середовища до свіжого металу. Таким чином, обидва процеси прискорюють один одного, і небезпека руйнування зростає.

До інших видів руйнування можуть бути віднесені: брінелювання, кавітаційне руйнування, зношування (абразивне, ударне, адгезійне тощо), фретинг, руйнування внаслідок радіаційного ушкодження, руйнування внаслідок втрати конструктивної стійкості тощо.

Брінелювання кілець підшипників кочення

Руйнування робочого колеса насоса, ушкодженого кавітаційною корозією

Руйнування поплавця від втрати конструктивної стійкості при зовнішньому тиску

Руйнування поверхні деталі від абразивного зношення