Разрушения пластичных

Г) кристаллический (светлый) излом (рис. 33, о), поверхность разрушения которого характеризуется наличием блестящих плоских участков. Такой излом свойственен хрупкому разрушению; 2) волокнистый (матовый) излом (рис. 33, а, /), поверхность разрушения которого содержит весьма мелкие уступы — волокна, образующиеся при пластической деформации зерен в процессе разрушения. Этот излом свидетельствует о вязком разрушении. Смешанный характер разрушения показан па рис. 33, а,2. Изучение топкой структуры излома с помощью электронного микроскопа (микрофрактографил) позволяет более уверенно судить о вязком или хрупком характере разрушения, Вязкое разрушение характеризуется ямочным («чашечным») изломом (рис. 33, б, 1)\ ямка — микроуглубленис на поверхности излома, возникающее в результате образования, роста и слияния микропустот. Глубина ямки определяется способностью металла к локальной пластической деформации. Излом при хрупком разрушении имеет ручьистый узор (рис. 33, б, в), представляющий собой систему сходящихся ступенек скола1, образующихся в результате деформации разрушения перемычек между хрупкими трещинами, распространяющимися путем скола по параллельным, близко расположенным кристаллографическим плоскостям.

Рост пор и их последующее объединение происходит в условиях интенсивной пластической деформации и сопровождается, например, в a-Fe, появлением значительного количества микродвойников длиной 100-200 и шириной 50Е. Процесс разрушения перемычек, разделяющих соседние поры, включает стадии зарождения, роста и объединения пор. Следует, однако, отметить, что вопрос о стадийности вязкого разрушения при шейкообразовании требует специального рассмотрения.

Рис. 2.8. Схема образования начальных трещин и ступенек на поверхности материала в результате разрушения перемычек между этими трещинами при (а)-(г) разных вариантах внешнего воздействия на деталь или элемент конструкции путем совместного его растяжения и скручивания

Каскад мезотуннелей на ртадии формирования усталостных бороздок образуется под действием нормального раскрытия берегов трещины с небольшими смещениями берегов относительно друг друга в направлении роста трещины. Одновременно с этим происходит разрушение перемычек между мезотуннелями в условиях продольного сдвига (раскрытие берегов трещины по типу III). В зависимости от стеснения пластической деформации и условий нагружения разрушение перемычки может происходить в результате сдвига и при ротации локальных объемов материала (см. параграф 3.2). Независимо от способа рассеивания энергии в результате деформации и разрушения перемычек между мезотуннелями они представляют собой области, которые препятствуют локальному раскрытию и смещению берегов трещины относительно друг друга. В результате этого происходит упругое раскрытие вершины трещины в локальной зоне фронта применительно к каждому мезотуннелю. Факт реализации пластической деформации отражается в создании так называемой зоны вытягивания, которая характеризует переход к большему уровню напряжения (см. рис. 2.16). В этот момент все перемычки между мезотуннелями разрушены, и материал имеет возможность однородно деформироваться вдоль всего ее фронта.

Следует подчеркнуть, что рассматриваемая энергия соответствует разрушению только того объема материала перед вершиной трещины, в котором образована свободная поверхность определенной длины и ширины в мезотуннелях. Подрастание трещины в цикле нагружения происходит вдоль всего ее фронта в результате каскада скачков в мезотуннелях и разрушения перемычек между ними. Поэтому дискретное подрастание трещины в перемычках за счет сдвига необходимо так же характеризовать аналогичным набором приращений энергии разрушения сдвигом

Развитие усталостных трещин сопровождается эффектом мезотуннелирования, когда одновременно протекают два процесса разрушения: отклонение траектории трещины от горизонтальной плоскости в мезотуннеле и разрушение перемычек между мезотуннелями (см. главу 3). В зависимости от ориентировки каскада туннелей к плоскости изучаемого движения трещины можно получить треугольную или ступенчатую картину ее профиля (рис. 5.5). На самом же деле различие профилей трещины не следует из отличий физической сущности процесса развития разрушения, а определяется геометрией профиля каскада мезотуннелей и перемычек между ними в изучаемой плоскости движения трещины. Для наиболее распространенной ситуации разрушения перемычек путем сдвига под действием компоненты km при расчете КИН следует учитывать извилистую траекторию трещины одновременно по двум координатам: вдоль на-

Переход к развитию разрушения путем формирования усталостных бороздок сопровождается снижением рассеивания фрактальных характеристик по каждому направлению. В магистральном направлении роста трещины фрактальные характеристики ниже, чем в перпендикулярном направлении, потому что мезо-туннелирование трещины отражается развитой поверхностью излома за счет разрушения перемычек между мезотуннелями. Их высота оказывает существенное влияние на получаемую фрактальную характеристику усталостного излома.

В глубину и по поверхности диска трещина распространялась одновременно, и период ее роста в обоих направлениях был одинаков. Тогда, зная количество бороздок одного направления от центра трещины на половине ее длины по поверхности диска, можно оценить период разрушения перемычек между языками трещины вдоль поверхности диска. Необходимо также учесть, что период формирования бороздок не мог составлять более 40 % от всего периода разрушения диска, так как скорость разрушения по фасеточному рельефу должна была быть значительно ниже скорости разрушения перемычек. Они сдерживали рост трещины в глубину, и поэтому их напряженность была существенно выше, чем напряженность материала в вершине каждого языка. Это позволяет ориентировочно оценить весь период развития трещины в диске.

Излом при хрупком разрушении имеет ручьистый узор (см. рис. 56, б), представляющий собой систему сходящихся ступенек скола г, образующихся в результате деформации разрушения перемычек между хрупкими трещинами, распространяющимися путем скола по параллельным, близко расположенным кристаллографическим плоскостям. В отличие от вязкого разрушения хрупкое разрушение распространяется внутри отдельных зерен вдоль плоскости с наиболее плотной упаковкой атомов, называемой плоскостью скола.

499 ных сульфидах, объединение трещин путем разрушения перемычек между ними. Различия заключаются лишь в том, что пластическая деформация, которой подвергается металл, трубы в области канавки, интенсифицирует процесс наводороживанию и разрушения металла.

При стыковой сварке оплавлением нагрев деталей происходит до образования на торцах слоя расплавленного металла толщиной 6Ж в результате локального расплавления и разрушения перемычек.

1) кристаллический (светлый) излом (рис. 33, а), поверхность разрушения которого характеризуется наличием блестящих плоских участков. Такой излом свойственен хрупкому разрушению; 2) волокнистый (матовый) излом (рис. 33, а, 1), поверхность разрушения которого содержит весьма мелкие уступы — волокна, образующиеся при пластической деформации зерен в процессе разрушения. Этот излом свидетельствует о вязком разрушении. Смешанный характер разрушения показан на рис. 33, а,2. Изучение тонкой структуры излома с помощью электронного микроскопа (микрофрактография) позволяет более уверенно судить о вязком или хрупком характере разрушения. Вязкое разрушение характеризуется ямочным («чашечным») изломом (рис. 33, б, /); ямка — микроуглубление на поверхности излома, возникающее в результате образования, роста и слияния микропустот. Глубина ямки определяется способностью металла к локальной пластической деформации. Излом при хрупком разрушении имеет ручьистый узор (рис. 33, б, в), представляющий собой систему сходящихся ступенек скола1, образующихся в результате деформации разрушения перемычек между хрупкими трещинами, распространяющимися путем скола по параллельным, близко расположенным кристаллогра-

шийся вследствие молекулярного взаимодействия спай (схватывание микронеровностей) оказывается прочнее одного или обоих взаимодействующих материалов. Разрушение в этом случае происходит на некоторой глубине одного из тел. Поверхности разрушения пластичных материалов представляют собой выступающие, вытянутые в направлении движения гребни и суживающиеся в глубь материала конусы. При этом прилегающие к местам вырывов участки подвергаются в большей или меньшей степени пластической деформации. Вырванная часть материала, будучи прочно закрепленной на сопряженной поверхности, образует слой перенесенного материала. Может происходить процесс схватывания и переноса отдельных структурных составляющих сплава, в то время как остальные составляющие будут уноситься в смазочный материал или уходить из зоны трения.

При механических испытаниях устанавливаются опасные или предельные напряжения, характеризующие исчерпание прочности материала. В связи с различием процесса разрушения пластичных и хрупких материалов эти предельные напряжения называют для пластичных материалов пределом текучести аг, а для хрупких — пределом прочности ав. Допускаемые напряжения назначаются как часть соответствующих предельных (см. § 31).

Как правило, проведенные ранее исследования разрушения пластичных материалов выполняли на недостаточно чистых металлах, имеющих относительное сужение 80 % или менее, например 81; 54 и 47 % для алюминия, меди и латуни соответственно [ 1 ].

.Высказывания отдельных ученых [51] о возможности ^разрушения пластичных металлов при всестороннем сжатии ошибочны.

Влияние температуры на вязкость разрушения путем слияния пор до сих пор остается практически неизученным. Имеются многочисленные данные по изучению вязкости разрушения пластичных материалов, однако конкретных указаний о механизмах разрушения нет,. Можно полагать, что в этих случаях материалы разрушались слиянием пор, тогда влияние температуры на вязкость разрушения путем слияния пор состоит в ее повышении с понижением температуры [388]. В работе [384] указано, что для малоуглеродистой стали характерно» снижение вязкости разрушения в интервале температур пластичного-разрушения, причем при повышении температуры от 120 К до комнатной вязкость разрушения снижается более чем вдвое.

растягивающих напряжений. Расширение пор под действием больших гидростатических растягивающих напряжений в процессе шейкообразования представляет собой, несомненно, важную ступень процесса разрушения пластичных металлов. Наиболее подходящие дилатационные модели роста пор разработаны в [74, 75]. Однако по результатам этих работ предсказываемые характеристики существенно больше тех, которые определены в [22].

Другая причина увеличения деформации разрушения пластичных композитов состоит в наличии матрицы, обеспечивающей значительную поддержку волокон по боковой поверхности, которая предотвращает шейкообразование в волокнах [69, 1, 82].

3. Працкявичус Г, А. К определению вязкости разрушения пластичных материалов через их механические характеристики и параметр структуры.— Физ.-хим. механика материалов, 1980, 16, JY» 4, с. 66—69.

Для описания процесса разрушения пластичных материалов, в частности металлов, теория Гриффитса — Иоффе приемлема лишь условно, так как ме^ таллы в процессе формоизменения претерпевают значительные пластические деформации.

К статическим испытаниям относятся метод критического раскрытия трещины и метод построения R-кривых. Достаточно высокая пластичность основного материала и сварных соединений, обнаруженная при предварительных испытаниях, не позволила использовать обычные методы линейной механики разрушения. Метод критического раскрытия трещины общепризнан и включен в стандарты, а метод построения R-кривых обычно используют в США для оценки вязкости разрушения пластичных материалов.

249. Писаренко Г.С., Науменко В.П., Волков Г.С. Влияние стесненности деформаций на вязкость разрушения пластичных сталей // Проблемы прочности. 1977. № 11. С. 45-51.