Изломы, полученные при однократных видах нагружения.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 8Следующая ⇒

По характеру разрушения различают следующие основные виды изломов: вязкие, хрупкие, квазихрупкие, вязко-хрупкие и смешанные.

Вязкое разрушение. Вязкое разрушение всегда сопровождается большой пластической деформацией материала на стадии зарождения и распространения трещины. Поэтому вязкие изломы имеют большую шероховатость, темный матовый цвет и волокнистое строение (рис. 9.1). Вблизи поверхности изломов имеется утяжка (сужение или «шейка») вследствие протекания макроскопической пластической деформации образца или детали.

Рисунок 9.1 – Общий вид вязких изломов

Как правило, вязко разрушаются материалы с ГЦК решеткой, а также, в определенных условиях, материалы с ОЦК решеткой, например, мягкие стали при комнатной и повышенных температурах.

Вязкое разрушение начинается с образования пор, которые при дальнейшем увеличении нагрузки соединяются (рис. 9.2 а), образуя характерный ямочный микрорельеф, наблюдаемый на поверхности вязких изломов в электронном микроскопе (рис. 9.2 б).

Вязкое разрушение относится к энергоемкому разрушению, т. к. большая часть энергии затрачивается на пластическую деформацию материала. Поэтому вязкий излом свидетельствует о высоком уровне нагрузки, предшествующей разрушению, и о хорошем сопротивлении материала развитию трещины.


а)	б)
Рисунок 9.2 – Схема вязкого разрушения с образованием ямочного микрорельефа (а) и ямочный микрорельеф вязкого разрушения стали (б), х1000

Хрупкое разрушение. Хрупкое разрушение относят к одному из самых опасных видов разрушения. Оно происходит при небольших нагрузках с очень высокой скоростью. Скорость хрупкой трещины составляет примерно 0, 4 от скорости распространения звука в металле. Сопротивление макропластической деформации практически отсутствует. Поэтому хрупкие изломы имеют небольшую шероховатость, светлый цвет, кристаллическое строение с металлическим блеском (рис. 9.3). Утяжка вблизи поверхности изломов практически отсутствует (величина относительного сужения не превышает 1, 5 %). При хрупком разрушении металл из-за потери пластичности плохо сопротивляется распространению трещины, поэтому ненадежен в эксплуатации.

Рисунок 9.3 – Общий вид хрупких изломов

К основным причинам, вызывающим охрупчивание металлических материалов, следует отнести:

1. Низкие температуры эксплуатации (в основном для материалов с ОЦК и ГПУ решеткой, испытывающих хладноломкость).

2. Высокие скорости нагружения (удар, взрыв и т. д.).

3. Наличие в образце или детали концентраторов напряжения (острых надрезов, трещин и т, д.).

4. Большая толщина детали (масштабный фактор).

5. Структурное состояние материала (например, отпускная хрупкость, наличие примесей по границам зерен и т. д.).

Все перечисленные факторы, кроме некоторых случаев структурного состояния, создают жесткое напряженное состояние материала, затрудняющее пластическую деформацию и охрупчивающее материал.

Хрупкое разрушение подразделяют на транскристаллитное по механизму скола (трещина распространяется по телу зерна) (рис. 9.4 а), и интеркристаллитное (межзеренное) по границам зерен (рис. 9.4 б).


а)	б)

в)	г)
Рисунок 9.4 – Схемы внутризеренного (транскристаллитного) (а) и межзеренного (интеркристаллитного) (б) хрупкого разрушения, а также соответствующие микрорельефы изломов стали 45 (в) и Н32Т3 (г). Увеличение: в, г – х1000

Транскристаллитный скол происходит путем отрыва; на поверхности излома при большом увеличении видны фасетки скола (рис. 9.4 в). Так чаще всего разрушаются материалы с ОЦК решеткой (например, стали). Межзеренное хрупкое разрушение наблюдается в тех случаях, когда границы зерен ослаблены, например, вследствие расположенных на них выделений или загрязнений. Так могут разрушаться материалы как с ОЦК, так и с ГЦК решеткой (рис. 9.4 г).

Квазихрупкое разрушение.Квазихрупкое (квазивязкое) разрушение по своему механизму близко к вязкому и содержит признаки предшествовавшей пластической деформации, хотя по своей энергоемкости является скорее хрупким, чем вязким, т. к. обладает низким сопротивлением разрушению. Такое разрушение называют квазисколом с образованием розеточного излома. Розеточный излом с плоскими или слегка изогнутыми поверхностями или фасетками образуется за счет слияния отдельных трещин (рис. 9.5 а). Каждая трещина распространяется концентрически. При этом округлый фронт трещин под действием пластической деформации расширяется и образуется пора в виде линзы. При слиянии трещин образуются острые гребни, называемые гребнями отрыва. Микрорельеф поверхности излома, образовавшейся в результате квазискола, показан на рисунке 9.5 б.

Участки квазискола часто смешиваются с ямками отрыва при вязком разрушении, что указывает на схожую природу этих видов разрушения.


Рисунок 9.5 – Схема образования (а) и характерный микрорельеф (б) квазискола. 1 – поверхность сдвига; 2 – отрывные гребни. б – х1500

Разрушение в интервале вязко-хрупкого перехода (вязко-хрупкое разрушение). При понижении температуры испытания многие материалы с ОЦК решеткой испытывают хладноломкость, т. е. переходят из пластичного состояния в хрупкое. Для большинства материалов такой переход наблюдается в некотором интервале температур, называемом интервалом вязко-хрупкого перехода. В этом интервале температур характеристики сопротивления материала развитию трещины (ударная вязкость КСU и процентное содержание вязкой составляющей в изломе В) изменяются S-образно (рис. 9.6).

Рисунок 9.6 – Схема вязко-хрупкого перехода

Различают нижнюю (Т^н_хр) и верхнюю (Т^в_хр) критические температуры хрупкости (рис. 9.6). За Т^н_хр принимают температуру, при которой на поверхности изломов образуются первые участки вязкой составляющей; за Т^в_хр – температуру, при которой вся поверхность излома становится вязкой. Верхняя и нижняя критические температуры хрупкости играют большую роль при оценке работоспособности материала в интервале вязко-хрупкого перехода.

Изломы, полученные в интервале вязко-хрупкого перехода, называют вязко-хрупкими. Они содержат одновременно как хрупкую, так и вязкую составляющие. В зависимости от структуры испытуемого металла вязко-хрупкие изломы могут содержать сосредоточенные области вязкого и хрупкого разрушения (сосредоточенное разрушение) или рассредоточенные области (рассредоточенное разрушение) (рис. 9.7).

Следует заметить, что вязко-хрупкое разрушение не следует относить к особому виду разрушения. Оно представляет собой лишь переходное (промежуточное) состояние от вязкого к хрупкому.

а)

б)

Рисунок 9.7 – Общий вид сосредоточенного (а) и рассредоточенного (б) вязко-хрупких изломов стальных образцов.

Смешанное разрушение имеет место при разрушении материалов с ГЦК-решеткой, например, аустенитных сталей и некоторых цветных сплавов в условиях плоской деформации (при низких температурах, высоких скоростях нагружения и т. д.), а также при разрушении некоторых закаленных инструментальных сталей. Полученные изломы имеют матовую или «бархатную» поверхность; они ровные, без губ среза или имеют небольшие губы среза (рис. 9.8 а) и небольшую шероховатость. Металлический блеск отсутствует.

При микрофрактографическом исследовании таких изломов можно обнаружить практически все виды микрорельефа: ямочный, квазискол, межзеренное вязкое разрушение и т. д. (рис. 9.8 б). Причем, имеет место различное сочетание вышеперечисленных микрорельефов, а сами вышеуказанные микрорельефы не всегда ярко выражены. Так, например, при смешанном разрушении участки ямочного микрорельефа могут состоять из неглубоких мелких ямок, свидетельствующих о невысокой локальной пластической деформации материала.


а)	б)
Рисунок 9.8 – Общий вид (а) и микрорельеф (б) смешанного разрушения аустенитной стали. б – х300

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 Следующая ⇒