Разрушение

Под разрушением понимают процесс зарождения и раз­вития в металле трещин, приводящий к разделению его на части. Разрушение происходит в результате или развития нескольких трещин, или слияния рядом расположенных трещин в одну маги­стральную трещину, по которой происходит полное разрушение.

Разрушение может быть хрупким (в металлах - квазихрупким) и (или) вязким. Механизм зарождения трещин одинаков как при хрупком, так и при вязком разрушении. Возникновение микро­трещин чаще происходит благодаря скоплению движущихся дисло­каций (пластической деформации) перед препятствием (границами зерен, межфазными границами, перед всевозможными включения­ми и т. д.).

Рис 35. Схема образования трещины:

1 – трещина; 2 – граница зерна

В месте скопления дислокации они могут прийти в столь тесное соприкосновение, что их экстраплоскости сливаются, а под ними образуется зародышевая трещина (рис. 35). Трещина образуется в пло­скости, перпендикулярной к плоскости скольжения, когда плотность дислокаций достигает r = 10¹² … 10¹³ см^-2, а касательные напряжения у вершины их скопления t» 0,7G. При хрупком разрушении возникшая трещина становится нестабильной и растет самопроизвольно, если ее длина (при заданном напряжении) превышает некоторое критическое значение, а вершина трещины сохраняет остроту, соизмеримую (по радиусу у вершины) с атомными размерами. В этом случае напряжения на краю трещин оказываются достаточными для нарушения межатомной связи.

При разрушении распространяющаяся трещина будет окаймлена узкой зоной пластической деформации, на создание которой затрачивается дополнительная энергия. Вязкое и хрупкое разрушения различаются между собой по величине пластической зоны у вершины трещины. При хрупком разрушении величина пластической зоны в устье трещины мала. При вязком разруше­нии величина пластической зоны, идущей впереди распространяю­щейся трещины, велика, а сама трещина затупляется у своей вер­шины.

Вязкое разрушение обусловлено малой скоростью распростра­нения трещины. Скорость распространения хрупкой трещины весьма велика. Для стали скорость роста трещины достигает 2500 м/с. Поэтому нередко хрупкое разрушение называют «вне­запным», или «катастрофическим», разрушением.

Вязкое и хрупкое разрушения можно связать с энергоемкостью процесса разрушения при том или ином виде испытания. Вязкому разрушению соответствуют обычно высокие значения поглощенной энергии, т. е. большая работа распространения трещины. Энергоемкость хрупкого разрушения мала и соответственно работа рас­пространения трещины также мала.

С точки зрения микроструктуры существуют два вида разру­шения - транскристаллитное и интеркристаллитное. При транскристаллитном разрушении трещина распространяется по телу зерна, а при интеркристаллитном она проходит по границам зерен.

При распространении трещины по телу зерна может происхо­дить как вязкое, так и хрупкое разрушение. Межзеренное разру­шение всегда является хрупким. Надо отметить, что межзеренное разрушение присутствует всегда, но больше проявляется при хрупком разрушении.

По внешнему виду излома различают:

1. хрупкий (светлый), поверхность разрушения, которого харак­теризуется наличием блестящих плоских участков; такой излом свойствен хрупкому разрушению;

2. вязкий (матовый) излом, поверхность разрушения которого содержит весьма мелкие уступы - волокна, образующиеся при пластической де­формации зерен в процессе разрушения; этот излом свидетель­ствует о вязком разрушении;

3. смешанный.

Межзеренное разрушение облегчается при выделении по границам зерен частиц хрупкой фазы.

Одни и те же (по составу) сплавы в за­висимости от предшествующей обработки и метода испытания могут быть и вязки­ми и хрупкими.

Многие металлы (Fe, Mo, W, Zn и др.), имеющие ОЦК и ГПУ кристаллические решетки, в зависимости от температуры могут разрушаться как вязко, так и хрупко. Понижение температуры обуслов­ливает переход от вязкого к хрупкому разрушению. Это явление получило назва­ние хладноломкости.

Рис. 36. Схемы хрупкого (I) и вязкого (II) разру­шений металла

в зависимо­сти от температуры

Явление хладнолом­кости можно объяснить схемой А. Ф. Иоффе (рис. 36). Понижение температуры практически не изменяет сопро­тивления отрыву (разрушающего напряжения), но повышает сопро­тивление пластической деформации s_Т (предел текучести). Поэтому металлы, вязкие при сравнительно высоких температурах, могут при низких температурах разрушаться хрупко. В указанных усло­виях сопротивление отрыву достигается при напряжениях, мень­ших, чем предел текучести. Точка пересечения кривых s_Т и S_отp, соответствующая температуре перехода металла от вязкого разру­шения к хрупкому, получила название критической температуры хрупкости, или порога хладноломкости (t_пх)- Чем выше скорость деформации, тем больше склонность металла к хрупкому разру­шению. Все концентраторы напряжений способствуют хрупкому разрушению. С увеличением остроты и глубины надреза склон­ность к хрупкому разрушению возрастает. Чем больше размеры изделия, тем больше вероятность хрупкого разрушения (масштаб­ный фактор).

Дата добавления: 2014-01-05