Вязкий излом. Особенности микрорельефа изломов при межзеренном разрушении

Вязкий излом.Образование ямок обусловлено возникнове­нием локальных очагов разрушения (микропустот), их ростом и слиянием (коалесценцией) по нормальному, сдвиговому и внецентренному механизму. Раз­личным условиям коалесценции микропустот соответствуют различные формы ямок (рис. 30). Равноосные ямки образуются в результате равномерного объем­ного растяжения в условиях нормального отрыва. При однократном внецентрен-ном приложении растягивающей нагрузки происходит образование параболиче­ских вытянутых ямок, направленных в одну сторону на сопряженных поверх­ностях разрушения образца. В условиях действия касательных напряжений при коалесценции микропустот по схеме сдвига образуются вытянутые параболические ямки, но ориентированные на сопряженных поверхностях излома в противопо­ложных направлениях.

Рис. 30. Ямочный микрорельеф излома и схемы его образования в условиях нормального (о), внецентренного (б) и сдвигового (в) разрушений (Х7000; умень­шено в 2 раза).

На дне ямок  наблюдаются частицы неметаллических включений и вто­рой фазы либо их следы в виде углублений соответствующей формы (рис. 31). Присутствие этих частиц является одним из условий образования ямочного рельефа излома. Увеличение количества выделений в материале приводит к росту числа центров зарождения микропустот и уменьшению размеров ямок [57]. Нередко можно наблюдать ямки, форма которых связана с формой включений.

Рис. 31. Схема образования и фрактограммы ямок с неметаллическими включения­ми (Х7000; уменьшено в 2 раза).

Усталостные бороздки представляют собой систему повторяющихся углубле­ний и выступов, ориентированных перпендикулярно к направлению развития трещины, и являются следом ее перемещения за каждый цикл нагружения.

Различают два типа бороздок: вязкие и хрупкие (рис. 33) . Основным-признаком изломов с хрупкими бороздками являются ступеньки сброса (тер­расы), располагающиеся веерообразно и разделяющие области хрупких усталост­ных борозд на отдельные короткие участки.

Рис. 33. Микрофрак! ограммы и схемы образования изломов квазискола (Х6000; уменьшено в 2 раза):

I — гребень; 2 — ступеньки; 3 — ямки.

По Лаэрду и Смиту (рис. 34, III), «заостренная» в сжимающей части цикла трещина раскрывается во время цикла растяжения, а пластическая деформация, развивающаяся у вершины трещины, инициирует ее распространение в направле­нии максимальных сдвигающих напряжений. Область пластической деформации перемещается в плоскости трещины, при последующем цикле сжатия происходит разветвление вершины трещины.

Траковые следы (рис. 34, д, е} — характерный элемент микрорельефа уста­лостного разрушения, образующийся при соприкосновении противоположных поверхностей разрушения как результат воздействия твердых составляющих и-ли частиц включений на соприкасающиеся поверхности излома. Траковые следы располагаются в направлении, совпадающем с направлением распространения трещины, что может быть использовано при анализе усталостных изломов [35].

Часто в структуре усталостных микроизломов наблюдают ровные участки без какого-либо характерного рельефа, образование которых связывают с разру­шением путем отрыва в плоскостях скольжения, ослабленных действием пере­менных напряжений.

ОСОБЕННОСТИ МИКРОРЕЛЬЕФА ИЗЛОМОВ ПРИ МЕЖЗЕРЕННОМ РАЗРУШЕНИИ

Межзеренное разрушение, т. е. разрушение по границам зерен поликристал­лического материала, наблюдается чаще всего при пониженных и повышенных температурах, водородной и отпускной хрупкости, коррозии и усталости. Опре­деляющим условием образования межзеренного излома является низкий уровень сил связи (межзеренной когезии), обусловленный выделениями по границам зе­рен хрупкой фазы в виде пленки или включений, сегрегацией легирующих эле­ментов, миграцией и локализацией дефектов у границ и т. п. Межзеренные изломы, как правило, относят к хрупким, учитывая при этом, в первую очередь, низкую энергоемкость разрушения. Если принимать во внимание микромеханизм разрушения, то при образовании межзеренного излома возможна реализация как хрупкого, так и вязкого микромеханизма.

При хрупком межзеренном разрушении (рис. 35) на электронных фракто-граммах наблюдаются гладкие площадки скола, часто с частицами охрупчиваю-щих включений (нитридов, карбонитридов, карбидов, сульфидов и др.). С увели­чением размеров частиц и относительной площади, занимаемой ими, микро­рельеф излома становится более хрупким. Применение небольших увеличений (до 2000) позволяет в ряде случаев наблюдать связь микрорельефа излома с элементами структуры материала. Поверхность межзеренного скола отличается от внутризеренного отсутствием ручьистого узора, что связывают с меньшей возможностью дробления трещины по сравнению с внутризеренным [15].

Фасетки межсубзеренного разрушения в большинстве случаев имеют форму многогранников.

Известны случаи межзеренного разрушения с образованием типичного ямоч-ного микрорельефа излома (рис. 36), например, в аустенитных нержавеющих и жаропрочных сталях и высоколегированных сплавах. Энергетические характе­ристики образования такого излома, как правило, малы, значительно ниже, чем при внутризеренном разрушении сколом. Реализация механизма ямочного разру­шения в. данном случае ограничивается микрообъемом материала (незначитель­ным по толщине), прилегающим к границе зерен.

При разрушении литых материалов и перегретых сталей наблюдается микро­рельеф поверхностного разрушения в виде мелких плоских ямок (сотовый рельеф), свидетельствующий о малой доле локальной пластической деформации при низкой энергоемкости разрушения (рис. 37).

Из рассмотрения основных видов микрорельефа изломов видно, что хрупкому микромеханизму разрушения соответствуют фасетки внутризеренного и меж­зеренного скола, ступеньки скола, ручьистый узор, язычки. К особенностям квази­скола относятся фасетки квазискола, гребни, ступеньки, язычки. При вязком микромеханизме разрушения основным элементом микрорельефа являются ямки (равноосные и вытянутые), при интенсивной сдвиговой деформации—участки с гладкой или слегка волнистой поверхностью. Усталостное разрушение характе-

95