Page 66 - 07

Взаємодіючи з водневовмісними середовищами, метали здебільш втрачають
функціональні властивості, тобто деградують. Це необхідно враховувати під час
оцінки міцності і довговічності елементів конструкцій, які тісно пов’язані зі зако-
номірностями зародження та росту водневих тріщин різних параметрів. На сьо-
годні дослідні дані про поведінку тріщин у металах під дією водню і можливість
їх поширення обмежені. Тому набувають вагомості теоретичні моделі, які дають
можливість обґрунтовано прогнозувати зумовлений воднем ріст тріщин для роз-
в’язання багатьох задач під час оцінки роботоздатності та довговічності конст-
рукцій у водневовмісних середовищах високих концентрацій. Нижче запропоно-
вана розрахункова модель для дослідження поширення тріщин за високих пара-
метрів водню.
Формулювання моделі. Відомо, що метали в умовах дії водневовмісних се-
редовищ руйнуються шляхом зародження і уповільненого росту тріщин. Тому,
досліджуючи поширення тріщин у них, зосереджують увагу на побудові залеж-
ностей швидкості їх росту da/dt від коефіцієнта інтенсивності напружень (КІН) K I
і концентрації водню C H біля їх контурів, з допомогою яких можна визначити кі-
нетику водневої тріщини, ресурс деталі у водневому середовищі, допустимі роз-
міри дефектів, а також інші важливі для оцінки роботоздатності конструкції па-
раметри. Однак відомі підходи або зовсім не враховують впливу взаємозв’язку
концентрації водню C H у зоні передруйнування з її пружно-пластичним станом
на підготовку елементарного акту руйнування, або подають цей зв’язок як склад-
ну систему рівнянь із величинами, які складно визначити експериментально,
особливо за високих параметрів водню.
Пропонуємо деформаційний підхід для побудови таких залежностей, коли
газоподібний чи електролітний водень високих параметрів створює в тілі високу
концентрацію. Суть підходу ось у чому. Розглянемо тривимірне пружно-пластич-
не металеве тіло, що містить плоску дископодібну тріщину радіуса а (рис. 1а).
Вважаємо, що тіло наводнене до надвисокої концентрації водню C H, який з тіла
дифундує в тріщину і створює там високі тиски р(С Н), що призводить до стриб-
коподібного її поширення (довжина стрибка х , рис. 1b). Дослідимо його кінетику.
*

Рис. 1. Схема навантаження тріщини в тривимірному тілі тиском водню:
а – загальна схема; b – локальний об’єм навантаження.
Fig. 1. Loading mode of a crack in a three-dimensional body by hydrogen pressure:
а – general scheme; b – local volume of load.
Задачу розв’язуємо так. Відомо [1–4], що водень у металах збільшує міцнісні
характеристики s 0,2, s c і знижує пластичність e c (s 0,2, s c – умовні границі теку-
чості та міцності; e c – граничне значення нормальної деформації матеріалу). То-
му для дослідження зниження опору матеріалу руйнуванню доцільно застосову-

72