Межзеренному разрушению

ницам зерен существуют скопления вакансии, микропор, примесей, особенно примесей внедрения, поверхностная энергия, необходимая для зарождения трещины, при межзеренном проскальзывании уменьшается. В том случае, если граничная диффузия проходит энергично, то полости, образующиеся по границам зерен, быстро заполняются и межзеренного разрушения не происходит.

роздками, шаг которых на этой стадии интенсивно возрастает с каждым циклом нагружения, могут появляться фасетки скола, участки межзеренного разрушения, признаки ямочного разрушения и др. Размер пластической зоны у вершины трещины на этой стадии значительно больше размера зерна.

Введение примесей в кадмий чистотой 99,998 % оказало решающее влияние на температуру начала межзеренного разрушения [1]. Наиболее вредными были висмут, олово, свинец и сурьма вследствие низкой температуры плавления эвтектик этих металлов с кадмием и малой растворимости последних в твердом кадмии.

Разрушение по границам элементов структуры — межзеренное или межъячеистое разрушение, при котором трещина идет по границам зерен или дислокационных ячеек. Различают хрупкое межзеренное разрушение, которому предшествует пластическая деформация" внутренних объемов зерен и пластичное межзеренное разрушение. Указанные типы межзеренного разрушения обычно относят к низкотемпературным типам разрушения. Кроме того, существуют высокотемпературное межзеренное разрушение и межзеренное разрушение при ползучести. Эти механизмы обусловлены высокотемпературным проскальзыванием по границам зерен и диффузионным зарождением-пор на границах. Они подробно изложены в обзорах Эшби с сотрудниками [404].

где YM — поверхностная энергия межзеренных трещин; 7F -*• энергия границы зерна (для большинства металлов уг да 1/зУс)- Для молибдена 7эф « 27"ф [9]. Следовательно, напряжение межзеренного разрушения для молибдена в соответствии с уравнением Гриффитса (5.2) будет в 1,4 раза меньше, чем внутризеренного. Это означает, что при одном и том же уровне напряжений трещина по границе зерна будет зарождаться раньше, чем в теле. Рельеф поверхности зерен при таком

пластической деформации ступеньки несоответствия накапливаются и при некотором уровне пластической деформации может произойти межзеренное разрушение. Рельеф такого межзеренного разрушения представляет собой картину развитой пластической деформации (рис. 5.11, в).

Пластичное межзеренное разрушение происходит путем слияния пор. Морфологически такое разрушение при малых увеличениях типично для межзеренного разрушения (рис. 5.11, г), однако при больших увеличениях отчетливо обнаруживаются мелкие ямки, иногда с частицами (рис. 5.11,5).

В материалах с ослабленными границами зерен разрушению сколом предшествует межзеренное разрушение. Вследствие того, что на современном этапе развития фрактографии невозможно различать межзеренные трещины, предшествующие сколу, и межзеренные трещины, возникшие одновременно со сколом, в качестве эффективной межзеренной трещины удобно пользоваться долей межзеренного разрушения. Доля межзеренного разрушения — выраженное в процентах отношение площади межзеренного разрушения к площади всего излома -

Как показывает фрактографический анализ [426], доля межзеренного разрушения возрастает с увеличением температуры испытания', иногда вплоть до 100 %. Аналогичная зависимость наблюдается также

Величина доли межзеренного разрушения является, таким образом, чувствительной не только к состоянию границ зерен, наличию •сегрегации и выделений второй фазы, но и температурно зависимой характеристикой. Повышение пластичности и вязкости разрушения способствует возрастанию доли межзеренного разрушения.

Значительное увеличение предшествующей разрушению пластической деформации вызывает вытягивание зерен, что приводит к преимущественному росту межзеренных трещин иной разновидности — расслаивающих (рис. 5.11, е), ориентированных вдоль оси образца, причем поперечные растягивающие напряжения, возникающие при появлении шейки, способствуют этому процессу. Продольные расслаивающие трещины ограничивают рост поперечных межзеренных трещин, в результате чего доля межзеренного разрушения в изломе будет уменьшаться, несмотря на общий рост вязкости разрушения.

Анализ характера разрушения образцов показал, что после низкотемпературной обработки границы и приграничные области зерен упрочняются, а склонность металла к межзеренному разрушению в условиях ползучести значительно уменьшается.

ням„п напРяжением сдвига; плотность таких дислокаций намного превышает плотность дислокаций в исходном (не на клепанном) материале. Упрочнение при этом обусловлено как упорядоченным расположением дислокаций в теле зерен ™к пи?н™Г увеличением критического напряжения для действия дислокационных источников, особенно в пограничных зонах Кпоме того ч результате упрочнения сами граЦьГст^овятся препятствием для развития процессов пластиче-Ции, при этом резко возрастает способность ма-сопротивляться межзеренному разрушению п пя.чтлпрмчта характерен -— ----- '

В первом переходном интервале (7" — Тс) разрушение происходит после сравнительно небольшой пластической деформации. В поликристаллах, не склонных к межзеренному разрушению, трещины растут путем скачкообразного преодоления собственной зоны пластической релаксации. Особенностью этих трещин Л' •$•' , является наличие бороздок (рис. а " 5.10, б) и явное сходство С уста- Рис- 5-15- Схема скола с периодической ЛОСТНЫМИ трещинами [421]. Релаксацией [417]:

Переход от фасеточного рельефа излома к межзеренному разрушению сопровождался вы-

целиком к межзеренному разрушению. В районе частоты нагружения 1 Гц имеет место переход к полностью внутризеренному разрушению, и дальнейшее возрастание частоты нагружения слабо влияет на снижение скорости роста трещины. Снижение скорости роста трещины в два раза может происходить при возрастании частоты нагружения на несколько порядков. При этом следует подчеркнуть, что речь идет об отсутствии возможного влияния на скорость роста трещины локального саморазогрева материала в зоне зарождения и роста трещины. Рассматриваемая пороговая частота нагружения определяет границу влияния процессов ползучести, которые вызывают нарастание межзеренного разрушения при снижении частоты нагружения.

Пороговая частота нагружения (со/)р, при которой происходит переход от внутризеренного к межзеренному разрушению сплава, зависит от температуры окружающей среды. Испытания высокопрочной стали HS 188 показали, что при температуре 600 °С и частоте 0,1 Гц переход от внутри- к межзеренному разрушению происходит в области скоростей более 10~6м/цикл, тогда как при частоте 1 Гц и температуре 850 °С этот переход происходил в области скоростей роста трещины более 10~5 м/цикл [30]. Снижение частоты нагружения сопровождалось переходом к межзеренному разрушению в области меньших температур при достижении меньшей скорости роста трещины. В области внутризеренного разрушения имели место эквидистантно расположенные кинетические кривые для разных частот и температур испытания.

5. Одновременное возрастание частоты нагружения и температуры вызывает смещение границы перехода от внутри- к межзеренному разрушению материалов, что необходимо учитывать при определении диапазона частот нагружения, в котором ее влияние на скорость роста трещины пренебрежимо мало.

Сопоставление поведения различных сплавов при одинаковом изменении частоты нагружения и выдержки под нагрузкой было выполнено на сплаве 800-Н, никелевых сплавах HasteloyX и Inconel 617, а также на нержавеющей стали 310-SS при 650 °С и обычной комнатной температуре окружающей среды [50]. Для сплава Inconel 617 внутризеренные разрушения наблюдались в диапазоне частот 5-0,016 Гц, но менялось на межзе-ренное при переходе к выдержке под нагрузкой. Сплавы 800Н и 319SS проявляли чувствительность к частоте нагружения и меняли механизм разрушения на межзеренный при частотах менее 0,1 Гц. Выдержка под нагрузкой приводила к смешанному внутри- и межзеренному разрушению. При этом процесс формирования усталостных бороздок сохранялся.

лей накапливаются повреждения, вызванные как ползучестью, так и высокотемпературной малоцикловой усталостью. Наклепанный и стабилизированный карбидами аустенит в этих условиях обладает низкой деформационной способностью, что приводит к возникновению в структуре металла клиновидных трещин, их развитию и хрупкому межзеренному разрушению тем быстрее, чем выше температура эксплуатации.

Исследование этого сплава при работе в дисковых фрезах для горных пород позволило выделить три механизма износа: термическую усталость (трещины имеют большую длину и глубоко проникают в основу); истирание (трещины короткие и приводят к удалению с поверхности отдельных зерен WC); поверхностное ударное отслаивание (поверхностные трещины вызывают шелушение). Все три механизма износа приводят к межзеренному разрушению сплава.

При уменьшении скорости деформирования в материалах наблюдается общая тенденция к межзеренному разрушению, поэтому общим для разрушения при комнатной температуре (замедленное), в коррозионной среде (коррозия под напряжением) и при повышенной температуре (разрушение при ползучести) является преимущественно межзеренный излом. В двух последних случаях межзеренный характер разрушения облегчается существенной «порчей» границ зерен, происходящей в материале при высоких температурах и действии коррозионно-активных сред. Влияние скорости нагружения на характер разрушения можно проиллюстрировать табл. 3.