Физико-механические свойства материалов: Конспект лекций (Общие положения материаловедения. Механические свойства в случае стандартного воздействия. Напряженное состояние произвольно нагруженной детали. Магнитные свойства), страница 10

 В реальном кристалле существующие термофлуктуации, возникшие около дислокаций, могут захватить дислокацию. Такая трещина не исчезает. Это дислокационная необратимая субмикроскопическая трещина. Дислокации могут зафиксировать существующие трещины, то есть они способствуют накоплению трещин в металле, а значит и постепенному разрушению во времени. Еще один вид трещин на субмикроскопическом уровне – это пора. Пора тоже необратима

Особенность разрушения – оно может развиваться во времени в виде накопления и последующего слияния трещин.

3. Микроскопический уровень

Факторы образования трещин:

- Термофлуктуация, т.е. коллективные тепловые колебания атомов

- Дислокации

- Участие дислокаций в процессе пластического деформирования. Источник Франка-Рида

Особенность плоского скопления дислокаций – складывание усилий дислокаций. Суммарная сила.

Варианты развития:

1.  Преодоление барьера границы зерна за счет формирования пластической деформации в соседнем зерне

2.  Наиболее распространенная модель распространения микротрещин в процессе пластического деформирования. Реакция плоского скопления может быть выше сил отталкивания одноименных дислокаций. В этом случае дислокации сливаются и образуют микротрещины.

Для формирования микротрещины необходимо порядка 10³ дислокаций в плоском скольжении – в теории. В реальности – порядка 50.

Дислокационные скопления облегчают процесс формирования микротрещин за счет термофлуктационного механизма.

Соседняя плоскость скольжения врезалась в другую плоскость скольжения, и образовалась стоячая дислокация Ломера-Коттрелла, которая стоит и никого не пропускает, образуя микротрещину .

Дислокация Ломера-Котрена. Стоячая дислокация.

3.  Рост микротрещин за счет движущихся дислокаций. Движущаяся дислокация может провалиться в микротрещину

4.  Мезоскопический уровень

Трещину можно охарактеризовать длиной l и радиусом в устье трещины r.

Касательное напряжение не изменяет трещину. Если поперек плоскости трещины приложить нормальное напряжение, то она будет срабатывать как концентратор напряжений. В устье усилятся касательное и нормальное напряжения.

В районе устья трещины пластическая деформация начинает развиваться под углом 45⁰, поскольку в этих направлениях максимальное значение касательного напряжения. Чем больше развивается пластическая деформация в устье трещины, тем ниже локализация нормальных напряжений. И наоборот. Локализация в устье трещины наиболее ярко развивается в высокопрочных материалах, поскольку в них пластическая деформация ограничена.

Условие роста трещины (силовое):

в реальных условиях детали разрушаются при .

Для торможения трещины необходимо снижать локализацию в устье либо за счет увеличения радиуса, либо усилия пластической деформации в устье.

На расстоянии перед устьем трещины, примерно на 1 мм за счет суммирования нормального и касательного напряжения имеет место наиболее вероятного образования микротрещины. Это место наиболее вероятного образования зародыша трещины. Процесс роста трещины связан с образованием зародышей перед устьем трещин и последующим их слиянием. Поскольку структура металла неоднородная, то неоднородности могут ускорять образования зародышей трещин и, таким образом, трещина всегда выбирает самые слабые участки структуры и распространяется именно по ним. Слабое место в структуре – граница зерна (в большинстве случаев). Поэтому большая вероятность зародыша в т.1. Как правило, трещина растет не по прямой, а по границе зерна или наиболее слабым участкам в структуре, и тем самым излом (траектория движения трещины) часто несет в себе информацию о структуре (о виде, размере зерен, размере неметаллических включений). По виду излома можно определить качество структуры материала

На макроскопическом уровне излом можно рассмотреть глазом. Структурный уровень – через бинокулярные микроскопы (увеличение 200-400 раз)

5. микро и субмикроскопический уровень.

Можно рассмотреть с помощью микроскопа.

Хрупкое разрушение – малоэнергоемкое. Такая трещина распространяется очень быстро.