Билет № 13.
Вопрос 1. приведите механизмы разрушения металлических сплавов. Объясните влияние различных внешних факторов на процесс разрушения. Укажите причины перехода от вязкого к хрупкому разрушению.
В зависимости от схемы нагружения материала различают разрушение отрывом и срезом. Считается, что отрыв может произойти без предварительной макропластической деформации, в то время как разрушению путем отрыва такая деформация всегда предшествует. Поэтому отрыв часто соответствует хрупкому, а срез – вязкому разрушению. Кроме этого , рассматриваются еще два более специфических вида разрушения – усталостное и разрушение при ползучести. Оба механизма разрушения включают в себя: 1) зарождение трещины, и 2) её распространение. По механизму зарождения трещин хрупкое и вязкое разрушение принципиально не разрушаются. Качественное различие между ними связано со скоростью распространения трещины. В случае хрупкого разрушения эта скорость очень велика – она достигает 0,4 – 0,5 скорости распространения звука в материале образца. В случае же вязкого разрушения трещина распространяется с относительно малой скоростью, соизмеримой со скоростью деформации материала.
Важную информацию о ходе процесса разрушения и об особенностях его механизма дает исследование поверхности изломов. Давно известно, что хрупкое разрушение можно во многих случаях отличить от вязкого при обычном визуальном осмотре излома: после хрупкого разрушения изломы имеют характерный кристаллический блеск, после вязкого —- волокнистое строение и матовый оттенок. Способность к рассеиванию света, естественно, связана со степенью искажения поверхности разрушения пластической деформацией сопутствующей росту трещины. Чем меньше эта деформация, тем более строение участков излома приближается к идеальной плоскости — плоскости скола.
Более полные и подробные сведения о структуре поверхности разрушения можно получить при использовании электронных микроскопов, обладающих большой глубиной резкости и высокой разрешающей способностью. При этом выявляется весьма сложное строение изломов, отражающее многообразие микромеханизмов разрушения.
Даже при максимально хрупком разрушении металлических кристаллов поверхность излома не бывает идеально плоской: на ней присутствуют характерные «ручьи» или «речной узор» —результат распространения трещины не по одной, а по нескольким плоскостям скола.
Ступеньки между параллельными плоскостями .возникают путем скола (отрыва) по вторичным плоскостям или в результате пластической деформации. Ступеньки могут взаимодействовать между собой, и при слиянии ступенек одного знака образуются более крупные ступени.
Другой способ образования ступенек скола – пересечение растущей трещины с винтовыми дислокациями (рисунок 3),которые либо заранее присутствуют в кристалле, либо испускаются вершиной трещины
Если трещина встречает на своем пути значительное число винтовых дислокаций, то соответственно возрастает и число ступенек скола. При этом ступеньки противоположных знаков аннигилируют, другие же укрупняются и достигают таких размеров, что становятся видимыми при оптических увеличениях.
Процесс образования ступенек скола требует дополнительной затраты энергии сверх той, которая необходима для компенсации истинной поверхностной энергии атомных плоскостей по Гриффитсу.
Излом вязкого разрушения имеет совершенно другой характер (рисунок 4 и 5). Изучение структуры дна чашечки при помощи электронного микроскопа позволяет выявить тонкие особенности излома, связанные с механизмом его образования. Обе поверхности разрушения имеют характерный рельеф (см. рис.4). Мелкие фасетки излома — ямки, соответствующие ранее образовавшимся порам. На дне многих ямок видны частицы второй фазы, у которых началось образование пор, а в некоторых случаях (у дна большой ямки на рис. 4) выявляются и линии скольжения, предшествовавшего разрушению. Такая структура поверхности излома способствует рассеянию света, что придает вязкому волокнистому излому характерный матовый вид.
Особенности заключительной стадии вязкого разрушения отражаются на структуре конической части излома (как показано на рис. 5). Поверхность, конуса значительно более гладкая поверхностью по сравнению с поверхностью дна чашечки и если на ней и возникают ямки, то они имеют вытянутую форму и меньшую глубину, чем ямки, образовавшиеся на второй стадии разрушения.
Если разрушение происходит вблизи критической температуры хрупкости или в переходном интервале температур, в изломе соседствуют ямки — продукт вязкого разрушения и плоские фасетки — продукт разрушения сколом, но при значительной сопутствующей пластической деформации (рис. 6). Последние называют фасетками «квазискола» или «квазиотрыва», так как им обычно нельзя приписать рациональные кристаллографические индексы; поверхность разрушения в этих участках лишь приближается к плоскости скола. Методы микрофрактографии позволяют также подробно исследовать поверхности излома при зернограничном разрушении Сопоставляя элементы структуры изломов с элементами микроструктуры самих разрушенных образцов, можно получить необходимые данные для анализа проблемы разрушения в ее структурном аспекте.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
