В настоящем, третьем томе серии монографий по механике разрушения и её инженерным приложениям подытожены исследования, посвященные фундаментальным проблемам разрушения конструкционных материалов, а также приведены экспериментальные данные и расчетные методы, применяемые в современной зарубежной практике. Книга содержит богатую и разнообразную информацию по хрупкому разрушению в условиях усталостного нагружения, высоких температур и агрессивной внешней среды. Особую ценность придаёт книге как практическому руководству по механике разрушения комплексный подход к проблеме разрушения, основанный на синтезе методов механики сплошных сред с методами физики, химии и практического металловедения. Книга будет полезна широкому кругу специалистов по теории прочности и явится настольным пособием для инженеров-конструкторов, материаловедов, технологов.

Предисловие редактора русского издания
Предисловие редактора американского издания. Перевод П.Ф. Кошелева

Глава 1. Дж. Ирвин, П. Парис. ОСНОВЫ ТЕОРИИ РОСТА ТРЕЩИН И РАЗРУШЕНИЯ. Перевод С.Т. Милейко

Глава 2. Ф. Макклинток. ПЛАСТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРУШЕНИЯ. Перевод С.Т. Милейко

Глава 3. З.В. Вейс. АНАЛИЗ РАЗРУШЕНИЯ В УСЛОВИЯХ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ. Перевод П.Ф. Кошелева

Глава 4. М. Мэнджойн. СЛОЖНОЕ НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ. Перевод Ю.В. Суворовой

Глава 5. А. Кобаяши. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ. Перевод Б.П. Ушакова

Глава 6. У. Макгоннэгл. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ ИСПЫТАНИЯ. Перевод Б.Н. Ушакова

Глава 7. М. Роней. УСТАЛОСТЬ ВЫСОКОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Перевод В.М. Маркочева

Глава 8. Н. Грант. РАЗРУШЕНИЕ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ. Перевод В.Г. Глебовского

Глава 9. А. Бемент, Р. Хогленд, Ф. Смит. МЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ И РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ. Перевод В.М. Маркочева

Глава 10. А. Вествуд, К. Прис, М. Камдар. ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ В СРЕДЕ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА. Перевод В.Г. Глебовского

Глава 11. Г. Улиг. КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ. Перевод В.Г. Глебовского

Глава 12. Г. Джонсон. ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ НА РАЗРУШЕНИЕ ВЫСОКОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Перевод В.М. Маркочева

Предметный указатель

Предисловие редактора русского издания

Настоящий, третий том энциклопедического издания «Разрушение» посвящён инженерным основам механики материалов и разрушения, которые включают широкий круг вопросов, связанных с влиянием внешней среды на деформацию и разрушение металлов и их сплавов. Содержание данной книги можно охарактеризовать как инженерную теорию, лежащую в основе методов конструирования с учетом возможного разрушения и имеющую более общее значение, нежели результаты испытаний отдельных классов металлических материалов. Эта теория построена с использованием подхода линейной и нелинейной механики разрушения. Такой подход, как показано в книге, успешно применяется не только для феноменологического описания равновесия тела с трещиной при однократном статическом или циклическом нагружении, но и для более глубокого изучения механизмов наблюдаемых при этом явлений. Результатом такого рода исследований явилось, например, установление причин непостоянства показателя степени при коэффициенте интенсивности напряжений в известной формуле Париса (для циклической скорости распространения трещины), выяснение физического смысла многих закономерностей накопления повреждений и роста трещины при разнообразных внешних воздействиях и пр.

В основе вывода критериев разрушения, которые обычно формулируются через характеристики напряженного и деформированного состояния около вершины трещины, лежит факт приращения новой поверхности разрушения. Наиболее универсальными (в силу их инвариантности по отношению к задаче) инструментами исследования в механике разрушения следует считать понятия потока энергии в конец трещины и коэффициента интенсивности напряжений. Установление этих понятий послужило мощным толчком к теоретическому и экспериментальному исследованию процесса развития магистральной трещины с единой позиции. Плодотворность такого подхода подтверждается нарастающим количеством работ по применению результатов указанных исследований к расчёту, проектированию, изготовлению и эксплуатации сооружений и конструкций.

Однако методы исследования механики разрушения не ограничиваются одной лишь характеристикой сингулярности упругого (или упругопластического) поля у конца трещины. Теоретическая и экспериментальная механика разрушения обладает достаточно широким арсеналом средств и методов исследования (как собственных, так и заимствованных из смежных областей знания), что на примере настоящей книги иллюстрируется, в частности, анализом разрушения при сложном напряженном состоянии, при некомнатных температурах, в условиях радиационного облучения и т. п. Содержание предлагаемой читателю книги в определенном смысле может также рассматриваться как синтез механики развития трещин и физики разрушения.

Редактор американского издания проф. Г. Либовиц привлёк для написания книги крупных специалистов в соответствующих областях знания. Все главы написаны по единому, тщательно продуманному плану. Энциклопедичность содержания и высокий научный уровень в сочетании с доступной формой изложения позволяют рекомендовать эту книгу специалистам теоретического и экспериментального направлений в металловедении, технологии металлов, физике прочности, металлофизике, механике материалов и механике разрушения.

E.М. Морозов

Предисловие редактора американского издания

Основное содержание семитомной серии монографий «Разрушение» относится к внезапному, катастрофическому нарушению прочности конструкций, происходящему вследствие неконтролируемого хрупкого разрушения материала. В настоящем, третьем томе излагаются главным образом инженерные основы разрушения и рассматривается влияние окружающей среды, приводящее, как видно из оглавления, к различным формам разрушения.

С учетом большого и все возрастающего числа исследований, по-видимому, наступил момент, когда важно собрать информацию и разработать основу для критической оценки различных теоретических и экспериментальных данных в области разрушения и в смежных с ней областях. Эти данные и методы их использования при конструировании должны быть доступны инженерам и исследователям, работающим в промышленных организациях, сотрудникам исследовательских институтов и плановых органов, а также преподавателям и студентам учебных заведений. Для этой цели и предназначена указанная серия монографий.

Прогресс в понимании хрупкого разрушения и применении полученных знаний существенным образом зависит от успешного объединения механики сплошной среды с такими научными дисциплинами, как материаловедение, физика, математика и химия. Поскольку мало кто обладает глубокими знаниями во всех этих областях одновременно, монографии составлены так, что читатель может получить соответствующую информацию путем самообразования. Большинство глав написано подробно и, где возможно, устранены расхождения во взглядах на обсуждаемые явления. В необходимых случаях в приложениях к главам описываются также подробности усложненных математических выкладок. По возможности вычисления проведены на уровне, не выходящем за пределы программы высшей школы. Включены численные примеры, иллюстрирующие инженерные приложения. Широко использованы также фотографии и графики. Там, где это было возможно и целесообразно, даны ссылки как на теоретические, так и на экспериментальные данные и указана взаимосвязь между микроскопическим и макроскопическим аспектами явления. Особую важность представляют разделы в конце каждой главы, где приведены технические задачи и указаны области, требующие дополнительных исследований для ликвидации имеющихся и предполагаемых пробелов в современном понимании предмета.

Всюду, насколько это возможно, предпринималась попытка объединить атомистический и континуальный подходы. Это нашло отражение, например, в том, что серия монографий по разрушению создавалась с участием многих известных специалистов по конструированию и материаловедению. Можно надеяться, что таким путем удалось преодолеть ограничения того и другого подходов.

Серия монографий «Разрушение» охватывает семь основных областей: 1) микроскопические и макроскопические основы разрушения; 2) математические основы разрушения; 3) инженерные основы разрушения и влияние на него окружающей среды; 4) инженерные расчеты разрушения; 5) проектирование конструкций с учетом разрушения; 6) разрушение металлов; 7) разрушение неметаллов и композитов.

В первой главе предлагаемого читателю третьего тома ее авторы Ирвин и Парис показали, что разработка аналитических аспектов линейной механики разрушения завершена с точки зрения основных формулировок и двумерных статических задач. Они отметили также, что требуется развитие современной методики анализа применительно к некоторым трехмерным и динамическим задачам. Линейный анализ поля напряжений в области трещины позволяет наглядно охарактеризовать широкий интервал режимов макроскопического развития трещины.

Менее исследованы проблемы пластичности при наличии трещин. Однако, как указывают в этой главе Ирвин и Парис, простые задачи можно решить с использованием подхода, который позволяет понять процесс перехода от пластического разрушения к хрупкому и устанавливает принципы изучения связи между вязкостью разрушения и пластическим течением. Только в частных случаях попытки определения факторов, характеризующих распространение трещины с применением пластического анализа, можно считать успешными. Прогресс в ряде областей механики разрушения твердого тела задерживается в связи с необходимостью нелинейного анализа. Тем не менее, можно полагать установленной применимость методов линейной механики разрушения к усталости и коррозионному растрескиванию под напряжением, так же как и в других направлениях, и эти методы обеспечивают достаточную базу для дальнейшего изучения механики разрушения.

В гл. 2 Макклинток отмечает, что основная причина, по которой вопрос о металлографически вязком разрушении рассматривается в связи с хрупким разрушением, состоит в том, что хрупкое разрушение часто происходит в конструкциях из материалов, пластичных с металлографической и металлургической сторон. Содержание этой главы отражает связь между микроструктурными особенностями такого разрушения, исследуемыми металловедами, и количественным анализом соответствующих полей напряжений и деформаций, которые изучаются специалистами по прочности.

Рассмотрены основные уравнения статики твердых тел как основа анализа напряжений на макро- и микроуровне. При этом использованы идеализированные модели упругого, пластического и вязкоупругого деформирования, хотя в действительности характер деформирования будет более или менее смешанным. Один из разделов относится к критериям разрушения, основанным на металлографических наблюдениях с использованием некоторых теорий механики сплошной среды.

Механика и критерии разрушения переносятся затем на те формы неупругого разрушения, для которых имеется наиболее полный анализ напряжений и деформаций: полностью пластическое разрушение при кручении, растяжение в условиях плоской деформации и плоского напряженного состояния. Затем Макклинток обращается к упругопластическому разрушению, для которого характерно наличие двух различных идеализированных видов разрушения, причем полностью пластический вид разрушения рассматривается как противоположность упругому виду разрушения.

После упоминания результатов исследования вязкоупругого развития трещины Макклинток дает рекомендации о направлени¬ях дальнейших исследований с точки зрения ученых, конструкторов и металлургов и рассматривает возможное практическое применение изложенных в этой главе идей.

В третьей главе, написанной Вейсом, приведен анализ процесса разрушения при наличии концентраторов напряжений в предположении существования критического напряжения или деформации, необходимых для начала разрушения. Такие условия прежде всего достигаются в непосредственной близости от концентраторов напряжений. Кратко рассмотрены поля напряжений вблизи таких концентраторов в исчерпывающем изложении Нейбера. Эта же теория применена к острым надрезам и трещинам с помощью размерной характеристики материала η, вводимой в случае нарушения условий механики сплошной среды при резких градиентах напряжений. Даны некоторые полезные приближенные решения. Считается, что хрупкое разрушение определяется двумя параметрами материала, а именно критическим разрушающим напряжением и величиной η. Эти параметры связаннее критическим коэффициентом интенсивности напряжений в механике разрушения при наличии острых трещин. Описываются два подхода к разрушению в условиях пластического течения: 1) модификация упругого состояния с поправкой на пластичность и 2) анализ концентрации напряжений для материалов с нелинейной зависимостью деформаций от напряжений. В последней части этой главы рассматриваются два приложения анализа концентрации напряжений: разрушение хрупких неоднородных материалов и развитие усталостной трещины. Приведенные экспериментальные данные показывают область применимости аналитических моделей.

Автор четвертой главы Мэнджойн показал, что существуют три стадии процесса разрушения: 1) начальное накопление повреждений, 2) возникновение поверхностей трещины и 3) развитие трещины. Начальное накопление повреждений является микроскопической стадией, обусловленной характеристиками атомной кристаллической решетки или свойствами границ зерен материала и историей нагружения. Поверхности трещины возникают, если превышена локальная прочность или пластичность. При постоянном или непрерывном нагружении поверхности трещины развиваются вплоть до полного разрушения материала.

Локальная прочность определяется способностью атомов ко взаимному сцеплению. Пластичность представляет собой способность микроструктуры деформироваться и снижать пиковые нагрузки, которые могут превосходить локальную прочность. И прочность, и пластичность зависят от напряженного состояния, а также от скорости деформации, температуры, металлургических параметров, характеристик окружающей среды и их изменения во времени. Таким образом, каждое из этих свойств может проявлять различный характер в зависимости от стадии нагружения. Кроме того, материалы, однородные в макромасштабе, могут быть существенно анизотропными в микромасштабе.

Разрушение называется хрупким, если локальная пластичность слишком мала для того, чтобы снять пиковые напряжения, и разрушение быстро развивается при очень малых деформациях материала, прилегающего к поверхности трещины, или в отсутствие их. Хрупким материалом считается такой материал, пластическая деформация которого при разрушении меньше некоторого заданного значения (обычно менее 5%). Следовательно, при разрушении пластичного материала возникает большая пластическая деформация, даже если поверхность излома имеет хрупкий вид.

Мэнджойн рассматривает главным образом влияние напряженного состояния на прочность и пластичность материалов. Напряженное состояние определяется трехмерным распределением нормальных и касательных напряжений или величинами и направлениями трех главных напряжений в точке. Многоосное напряженное состояние может быть обусловлено внешним многоосным нагружением, формой конструкции или микроструктурой под воздействием нагрузки, термическими искажениями или объемными изменениями микроструктуры.

Характеристики текучести и разрушения связаны с напряженным состоянием. Основной целью исследования характеристик  текучести в рассматриваемой главе является сопоставление данных, полученных при многоосном и одноосном напряженных состояниях. Деформации конструкций вычисляются по зависимостям деформаций от напряжений, которые получены при испытаниях в условиях одноосного напряженного состояния, но применяются к действительному напряженно-деформированному состоянию в условиях многоосности напряжений. Критерии текучести для различных материалов не одинаковы. Хорошую корреляцию дают критерии Мизеса или Треска. Для того чтобы оценить накопление деформаций и перераспределение напряжений и деформаций при повышенных температурах, необходимо связать эффективное напряжение со скоростью деформации.

Поскольку существуют различные стадии разрушения, роль напряженного состояния в процессе разрушения усложняется. Пластичность определяется в основном локальным напряженным состоянием. Когда три главных напряжения имеют один знак, касательные напряжения и деформации сдвига будут уменьшаться по мере приближения к равномерному трехосному напряженному состоянию. При гидростатическом растяжении или сжатии пластическая деформация тождественно равна нулю. Высокая степень трёхосности в ослабленной точке сдерживает течение материала и поэтому препятствует перераспределению напряжений или релаксации пиковых напряжений. Пиковое или максимальное напряжение увеличивается в процессе нагружения и в конечном счете становится выше предела локальной прочности.

Для предсказания разрушения во многих случаях может быть использован критерий максимального напряжения. В случае существенного перераспределения напряжений степень повреждённости в точке также является функцией максимального напряжения и истории его изменения.

Разрушение или разрыв сильно деформирующихся материалов можно эффективно прогнозировать с помощью критериев Мизеса или Треска.

Разработаны методики проектирования, в которых используются эти основные положения и некоторые упрощающие предположения. В последнее время появилась возможность использовать и более сложные формулировки с применением вычислительных машин. Улучшение методик проектирования может быть достигнуто не только сопоставлением практики конструирования с результатами лабораторных экспериментов или натурных испытаний; этому способствует также публикация полученных данных. То и другое в конечном счете приведет к повышению надежности конструкций и элементов машин, работающих в условиях сложного напряженного состояния.

Основные оптические законы фотоупругости Кобаяши (гл. 5) выводит на основе волновой теории света. Он рассматривает двумерную и трехмерную статическую и динамическую фотоупругость и методику хрупких покрытий. Рассмотрены также приложения методов фотоупругости к линейной механике разрушения. Обсуждаются области будущих исследований, включая применение фотоупругости, фотовязкоупругости и фотопластичности к задачам механики разрушения.

В написанной Макгоннэглом седьмой главе отмечается, что анализ поведения материалов при их испытаниях без повреждения привел к развитию неразрушающих методов испытаний. В этих: методах используются разные виды энергии и различные свойства материалов. Обсуждаются основные принципы и области применения следующих методов: визуального, проникающей жидкости, термического, облучения (рентгеновскими и γ-лучами), ультразвука, магнитного, электрического и вихревых токов (электромагнетизм).

В седьмой главе ее автор Роней рассматривает усталость как накопление необратимых микроскопических деформаций, которые становятся критическими в условиях концентрации деформаций. Обсуждено влияние циклического деформирования на основные свойства высокопрочных материалов, включая деформационное разупрочнение.

Приведено сравнение условий возникновения усталостной трещины в высокопрочных материалах и в мягких металлах и металлических композитах. Обсуждаются механизмы развития трещины в высокопрочных материалах, в частности оригинальный и весьма активный механизм развития трещины срезом, который был обнаружен в высокопрочной стали. На основе энергетического- подхода показано, что законы развития усталостной трещины для любого металла ограничиваются зависимостью dl/dN  = const •Κ⁶ — S_e, описывающей случай абсолютной упругости, и зависимостью dl/dN = const •Κ², описывающей случай максимальной пластичности (при развитии трещины срезом). Для большинства металлов закономерности развития макроскопической усталостной трещины находятся между этими предельными случаями с показателем степени К, находящимся в диапазоне между 2 и 6 в зависимости от соотношения и характера микрособытий, а следовательно, от свойств материала и диапазона деформации.

Восьмая глава написана Грантом. Он полагает, что при температурах, близких к половине абсолютной температуры плавления, металл становится чувствительным к скорости деформации. Пределы прочности и текучести, вид деформации и характеристики разрушения в большой степени зависят от скорости деформации. Это приводит к необходимости исследования природы границ зерен и субзёрен и их влияния на механические свойства материалов.

Характеристики, определяемые в кратковременных механических испытаниях (например, на растяжение, удар и твёрдость), соответствуют условиям именно этих испытаний. Поэтому для определения механических характеристик при высоких температурах необходимо проводить испытания, в которых учитывается скорость деформирования при таких температурах. Это привело к развитию методов испытаний на замедленное разрушение, длительную прочность и ползучесть как наиболее простых видов испытаний для оценки возможности использования материалов при высоких температурах.

Высокотемпературная деформация в отличие от деформации при низких температурах неоднородна. При высоких температурах помимо деформации скольжением или двойникованием обнаруживаются и другие виды деформации, наиболее важным из которых является проскальзывание по границам зерен. Установлено, что одновременно с широким спектром видов деформации могут происходить возврат и даже рекристаллизация материала, ведущие к разупрочнению ранее упрочненных областей. Наиболее очевидной из форм возврата является миграция границ зерен. Поэтому высокотемпературная деформация является циклической и состоит из периодов упрочнения и возврата.

В конечном итоге неоднородная деформация приводит к неоднородному разрушению. Возникает межкристаллитное растрескивание; этот процесс становится таким же обычным, как для низких температур разрушение по кристаллитам. Степень межкристаллитного растрескивания и окончательного разрушения существенно зависит от структуры, температуры и скорости деформации материала. Особый интерес представляет нерешенный вопрос о зарождении межкристаллитных трещин. Предложено большое количество теорий, основанных на различных несовершенных или недостаточно надежных данных. Несколько лучше изучен рост трещин, но вследствие неоднородного характера зарождения и роста трещин требуются дополнительные исследования по оценке влияния всех важных переменных на поведение материалов. В сущности, изучение длительной прочности и ползучести при высоких температурах начато сравнительно недавно, и необходимы значительные усилия для того, чтобы эти явления были изучены так же, как вязкое разрушение при нормальных температурах в условиях простого растяжения.

В девятой главе Бемент и др. описывают связь радиационного упрочнения и охрупчивания металлов с современной теорией разрушения. Представлены экспериментальные данные, подтверждающие такую связь и указывающие на области дальнейших исследований. Обсуждение в основном касается железа и стали, хотя рассмотренные концепции применимы к довольно широкому кругу материалов.

Прежде чем исследовать радиационные эффекты, обсуждаются некоторые особенности природы дефектов, вызываемых нейтронным облучением, исходя из дефектов, возникающих в результате обмена количествами движения при соударении и реакций ядерных превращений. Показано, что в соответствии с современным пониманием радиационных повреждений дефекты могут упрочнять материал как непосредственно при взаимодействии с дислокациями, так и косвенно посредством изменения кинетики металлургических процессов, например в результате выпадения фаз.

Исследованы некоторые воздействия радиационных повреждений на движение дислокаций в случае, когда сопротивление материала образованию и развитию трещины оценивается преимущественно по его способности к пластической деформации. Особая природа влияния вызванных радиацией дефектов па движение дислокаций раскрыта в исследованиях характера термически активированного течения некоторых облученных металлов, в частности железа. Другое успешное исследование касается изменения пределов текучести поликристаллических металлов вследствие нейтронного облучения и объясняет эффекты радиационного повреждения в соответствии с анализом Холла — Петча.

Сущность зависимости деформирующего напряжения от нейтронного облучения обсуждается в свете условий возникновения и развития трещин в облученных поликристаллических материалах и монокристаллах. Как показано на примере возникновения и роста трещин при испытаниях реактора, важная роль радиационного повреждения связана с размерами дислокационных цепочек, которые сдерживаются касательными напряжениями. С другой стороны, трещина, если она возникла, требует меньшей энергии для своего развития, если протяженность области размножения и движения дислокаций ограничена скоплениями дефектов. Довольно подробно исследованы характеристики материала, определяющие условия возникновения и развития трещины в зависимости от радиационного повреждения. Рассмотрено влияние нейтронного облучения на снижение деформационной упрочняемости и изменение чувствительности к скорости деформации.

Обсуждаются результаты исследований сложной природы взаимодействия между включениями и дефектами, вызванными радиацией. Показано, что чувствительность к радиационному охрупчиванию связана с присутствием включений и, по-видимому, является результатом образования дефектов от атомов примесей. Приведены данные, которые показывают важность технологических параметров, связанных с микроструктурой и распределением фаз, в отношении чувствительности к радиационному охрупчиванию.

Десятая глава написана Вествудом с сотр. Они отмечают, что твердые металлы могут переходить в хрупкое состояние при выдержке в тех или иных физико-химических условиях. Возможно, наиболее резкий переход происходит под действием поверхностно-активных жидких металлов. Образцы, предварительно напряженные до некоторого критического уровня, практически мгновенно разрушаются, если их покрыть соответствующим жидким металлом. При этом в обычно вязких металлах скорость распространения «хрупкой» трещины достигает сотен см/с.

Такой переход в настоящее время рассматривается как следствие уменьшения сил сцепления атомных связей в областях концентрации напряжений (т. е. у кончиков трещин или в окрестности групп скопления дислокаций в твердых металлах) под действием адсорбции. В гл. 10 описаны также результаты недавних многочисленных исследований по жидкометаллическому охрупчиванию и обсуждены предпосылки и возможные механизмы его проявления. Рассмотрено также влияние химического состава материала и жидкого металла, температуры, предварительной деформации, скорости нагружения и т. п. на степень охрупчивания. Кроме того, рассмотрены такие вопросы, как возможная связь степени охрупчивания и электроотрицательпости, использование инертного носителя жидкого металла, возможные средства предотвращения жидкометаллического охрупчивания, а также критерии хрупкого разрушения.

Улиг (гл. 11) приводит данные по растрескиванию от коррозии под напряжением. Обычно пластичные металлы склонны к растрескиванию при растяжении в специфических для данного металла повреждающих средах. Неблагоприятные среды не обязательно коррозионны в обычном смысле, т. е. они не проявляют себя обычным химическим путем. Многие ионы и водные растворы, повреждающие один металл, предохраняют от коррозии другой металл. Металлургическими факторами, которые определяют чувствительность к коррозии, являются тип решетки, размер зерна, термообработка, содержание вредных примесей и химический состав материала. Чистые металлы в основном либо обладают высоким сопротивлением коррозии, либо нечувствительны к ней. Холодная обработка может способствовать повышению чувствительности к коррозии (например, в случае аустенитной стали с 25% Сг и 20% Ni) или, наоборот, снижать её (например, для углеродистых сталей).

Соответствующие механизмы недостаточно изучены. Предполагается, что у вершины трещины происходит электрохимическое растворение или разрушение поверхностной пленки. Универсальной концепцией, применимой ко всем разновидностям растрескивания под влиянием среды, является концепция растрескивания в результате сорбции под напряжением; она связывает разрушение с уменьшением поверхностной энергии металла при адсорбции составляющих среды. Условия, влияющие на адсорбцию, можно регулировать электрохимическими факторами. Этот же механизм (без его электрохимических стадий), очевидно, применим к жидкометаллическому охрупчиванию твердых металлов и к коррозионному растрескиванию пластиков под напряжением при воздействии некоторых органических растворителей.

В главе 12, написанной Джонсоном, исследовано растрескивание высокопрочных материалов под влиянием окружающей среды. Рассмотрены и обсуждены основные свойства окружающих сред и закономерности роста трещин в высокопрочных конструкционных материалах. Рассмотрено также докритическое подрастание трещины при циклических и статических напряжениях, меньших предела текучести.

Исследована применимость концепций механики разрушения к растрескиванию под влиянием окружающей среды и показано, что коэффициент интенсивности напряжений можно считать вынуждающей функцией, необходимой для роста дефекта под влиянием среды, как при циклической, так и при статической нагрузке. На основании пороговых величин этого коэффициента для роста трещины получена корреляция результатов испытаний образцов различных конфигураций и корреляция результатов испытаний с эксплуатационными авариями. Кратко рассмотрена роль испытаний по определению времени до разрушения.

Обсуждается растрескивание при статической нагрузке под влиянием окружающей среды. Рассмотрены титановые сплавы и стали в воде, водяном паре, кислороде и водороде. Рост трещины в воде и насыщенном водяном паре для стали представляет собой термически активированный процесс с энергией активации, которая хорошо согласуется с измеренными значениями в случае диффузии водорода в высокопрочную сталь. Обсуждается защитная роль кислорода при растрескивании в водяных парах.

Рассмотрено совместное влияние циклического нагружения и агрессивной среды. Многие картины поведения при статическом и циклическом нагружениях совпадают. Исключение состоит в том, что при циклическом нагружении защитная роль кислорода не проявляется. Отмечается недостаток данных по значениям коэффициента интенсивности напряжений менее пороговых.

Обращено внимание на инженерные приложения. Зависимости между размером дефекта, пороговыми коэффициентами интенсивности напряжений в различных средах и максимальными рабочими напряжениями представлены в графической форме и обсуждены. Для стали 4340 приведена диаграмма, из которой видно, что при статической нагрузке растрескивание под влиянием окружающей среды представляет собой проблему при пределе текучести свыше 120 кГ/мм², тогда как рост усталостной трещины более существен при низких уровнях прочности.