Гроховский В.И.1, Гладковский С.В.1,2, Бадеха К.А.1, Прокопович К.С.1

ОСОБЕННОСТИ РАЗРУШЕНИЯ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ВЕЩЕСТВА ВНЕЗЕМНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ПРИ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ

1 Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ель- цина, г. Екатеринбург, Россия, [email protected],

2 Институт машиноведения УрО РАН, г. Екатеринбург, Россия, [email protected]

В последние годы исследованию вещества внеземного происхождения (ме- теориты, грунт Луны, Марса, астероидов) уделяется особое внимание, как вследст- вие активизации программ по изучению тел Солнечной системы, так и из-за осоз- нания кометно-астероидной опасности для Земли. Характер разрушения метеорои- дов любой природы в космосе, в земной атмосфере, при ударе о землю или при воздействии на опасный астероид определяется, прежде всего, его прочностными характеристиками. Однако к настоящему моменту в научной литературе данные о прочности метеороидов весьма ограничены. Фрагменты метеоритов – единствен- ный материал на Земле, на котором можно произвести оценку физических и меха- нических свойств метеороидов.

Ранее нами было показано, что при ударных испытаниях на уровень механи- ческих характеристик метеоритного вещества существенное влияние оказывает макроструктурная неоднородность [1,2]. При этом наиболее высокие значения ударной вязкости наблюдались у атакситов Чинге и Дронино. Данная работа на- правлена на: оценку влияния температуры на процессы разрушения вещества ме- теоритов при ударном нагружении; определению параметров трещиностойкости образцов; фрактографический анализ их поверхности разрушения.

Ударные испытания от комнатной температуры до температуры жидкого азо- та проведены на инструментированном маятниковом копре Tinius Olsen IT542 и впервые получены характеристики ударной вязкости и динамической трещино- стойкости в соответствии с требованиями ГОСТ 9454 и 25.506-85 на образцах из метеоритов различного состава. Наиболее высокие значения КСU. как при комнат- ной температуре, так и при температуре жидкого азота отмечены для вещества вы- соконикелевого атаксита Чинге (17,0 вес.% Ni), имеющего субмикроскопическую структуру, состоящую из смеси дисперсных фаз. При комнатной температуре зна- чение ударной вязкости для этого метеорита KCU = 1486 кДж/мм2. При температу- ре T = – 80°C значение ударной вязкости KCU = 1066 кДж/мм2, что всего в 1,4 раза меньше значения ударной вязкости при комнатной температуре и не наблюдается температуры вязко-хрупкого перехода.

Статическая трещиностойкость (вязкость разрушения) материала метеорита Чинге определялась при комнатной температуре на прямоугольных образцах сече- нием 10х10 мм с предварительно наведенной усталостной трещиной в процессе испытаний по схеме трехточечного изгиба на универсальной испытательной ма- шине Instron-8801. Впервые проведенные стандартные испытания по программе механики разрушения показали, что образцы метеорита Чинге при комнатной тем- пературе характеризуются высокими значениями вязкости разрушения, определен- ной в условиях плоского напряженного состояния – KQ= Kc* = 81,1 МПа м1/2. На основании полученных данных можно заключить, что материал метеорита Чинге при комнатной температуре характеризуется повышенным комплексом прочност- ных и пластических свойств (σ0,2 = 827 МПа, σВ = 855 МПа, δ = 11%, ψ = 40 %) при высоком сопротивлении хрупкому разрушению (Kc* =81,1 МПа м1/2).

Исследования изломов после разрушения образцов выполнено на растровом электронном микроскопе для трех характерных участков изломов: зона зарождения трещины, зона распространения трещины, зона долома. Во всех зонах преобладает ямочная структура, что свидетельствует о вязком характере разрушения. В качест- ве количественной характеристики характера разрушения в зависимости от темпе- ратуры испытания образцов был использован размер ямок, который определялсяь на анализаторе изображения SIAMS Photolab. Было обнаружено, что размеры ямок на всех изломах находятся в диапазоне от 0,2 мкм до 11мкм. При понижении тем- пературы средний размер ямок уменьшается в зонах зарождения и распростране- ния трещины. При этом доля мелких (менее 2 мкм) ямок в изломе зоны распро- странения трещины меньше, чем в зоне зарождения трещины.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ-«Урал» № 10-05-96047 и ФЦП «Кадры» (государственные контракты № П1154 и № 14.740.11.1006).

1. Grokhovsky V.I., Gladkovsky S.V. // Impact mechanical tests of meteorites. Meteoritics and Planetary Science, 2010, 45, A69.

2. Гроховский В.И., Гладковский С.В., Козловских Е.С., Пятков А.А. Структурные аспек- ты разрушения метеоритов при ударном нагружении. В кн.: VI международная науч- ная конференция «Прочность и разрушение материалов и конструкций»: материалы конференции. – 20-22 октября 2010 г., Оренбург, 2010, с.638-641.

Дата добавления: 2017-01-14