Замедленное хрупкое разрушение (ЗХР) высокопрочных стальных деталей является опасным видом хрупкого разрушения [1-3]. Опасность связана с тем, что при разрушении деталей отсутствуют признаки пластической деформации. При замедленном хрупком разрушении зарождение и развитие микротрещины происходит по границам зерен стали содержащей мартенсит [5,7]. Физическая природа замедленного хрупкого разрушения изучена в ряде работ [5,6,8,9]. Известно, что остаточные внутренние микронапряжения в местах выхода кристаллов мартенсита на границы исходных аустенитных зерен являются физической причиной замедленного разрушения, а сегрегации охрупчивающих примесей – фосфора, сурьмы и др. являются сопутствующими охрупчивающими факторами [5,7]. С помощью метода конечных элементов – метода математического моделирования напряженно-деформированного состояния в зоне зарождения микротрещины существует возможность оценки пороговых локальных напряжений при испытаниях стандартных образцов Шарпи, а затем определение системы допустимых нагрузок для детали с концентраторами напряжения [9, 10].
Целью работы является физическое обоснование методики оценки допустимых пороговых нагрузок стальных деталей по результатам испытаний стандартных образцов.
Замедленное хрупкое разрушение мартенситных сталей, вызванное остаточными внутренними микронапряжениями. Использование методики определения напряженного состояния методом конечных элементов в зоне локального разрушения дало возможность определять локальные растягивающие напряжения, вызванные приложением нагрузки извне и действием концентратора напряжений.
Известно, что геометрия концентратора напряжений, форма детали или образца, способ нагружения (например растяжение, чистый или сосредоточенный изгиб), влияют на величину номинального (среднего) порогового напряжения.
Установлено, что при замедленном разрушении образцов с различными надрезами из мартенситных сталей, пороговое локальное растягивающее напряжение в зоне зарождения трещины, определяемое с помощью метода конечных элементов, не зависит от геометрии концентратора напряжений, образца и способа нагружения.
Замедленное разрушение, вызванное воздействием водорода из внешней среды. Необходимым условием протекания замедленного разрушения по механизму водородного охрупчивания является комбинация критических концентраций водорода и напряжений в зоне локального разрушения. Показано, что пороговое локальное растягивающее напряжение является характеристикой сопротивления стали замедленному разрушению, вызванному воздействием водорода из внешней среды и не зависит от геометрии концентратора напряжений. Установленный критерий замедленного разрушения может быть использован для оценки склонности стальных деталей с концентраторами напряжений к водородному охрупчиванию в тех случаях, когда трещина зарождается в процессе эксплуатации деталей в водородсодержащих средах.
Замедленное разрушение сталей при внутреннем водородном охрупчивании. Причиной замедленного разрушения может являться водород, растворенный в стали еще до нагружения. Установлено, что пороговое локальное растягивающее напряжение для случая внутреннего водородного охрупчивания мартенситной стали, также не зависит от геометрии надрезов.
На основании выше установленных критериев замедленного разрушения стали, вызванного остаточными внутренними микронапряжениями в мартенситной стали, а также вызванного водородом при наводороживании в процессе выдержки под нагрузкой и предварительном наводороживании, разработан способ определения сопротивления стальных образцов и деталей замедленному разрушению.