Види руйнування металів - студопедія

У більшості випадків деформація після досягнення досить високих напруг закінчується руйнуванням. Процес руйнування починається з утворення тріщин субмикроскопических розмірів і закінчується макроскопічними поділом зразка або конструкції на окремі частини. Ряд найважливіших механічних властивостей металів і сплавів характеризує їх опір руйнуванню, величину або роботу деформації до руйнування.

На початку попереднього розділу йшлося про наявність трьох видів напружень: стискають (негативних нормальних), що розтягують (позитивних нормальних) і дотичних. Стискають напруги самі по собі не можуть викликати руйнування. Воно відбувається під дією розтягуючих або дотичних напружень. У макроскопічних теоріях міцності розрізняють два види руйнування: 1) відрив в результаті дії напруг, що розтягують і 2) зріз під дією дотичних напружень.

У табл. 2.5 представлені схеми руйнування при різних схемах навантаження. Користуючись табл. 2.5, можна за зовнішнім виглядом зруйнованих зразків визначати вид руйнування (відрив або зріз), що в деяких випадках має практичне значення. Але представлені схеми руйнування можуть бути точно реалізовані лише в тому випадку, якщо задана при навантаженні схема напруженого стану залишається незмінною від початку випробування і до остаточного руйнування зразка. Насправді ця схема може змінюватися як в процесі пластичної деформації (наприклад, при утворенні шийки в розтягувати зразку), так і в процесі руйнування в результаті утворення тріщин. Тому вид зруйнованих зразків часто відрізняється від пророкує.

Вважається, що відрив може статися без попередньої макропластіческой деформації, в той час як руйнування шляхом зрізу така деформація завжди передує. Тому відрив часто відповідає крихкому, а зріз - грузлому (пластичному) руйнування. Саме на ці два типи поділяється більшість випадків руйнування в металознавстві.

Твердо встановлено, що будь-кому, в тому числі крихкого руйнування металів і сплавів, передує якась пластична деформація. Перед крихким руйнуванням вона зазвичай набагато менше, ніж перед в'язким, але чіткої кількісної межі тут провести не можна.

Таблиця 2.5. Схеми руйнування шляхом відриву і зрізу при різних механічних випробуваннях (по Я.Б.Фрідману)

Напрямок дії напруг

* При наявності контактних сил тертя.

Обидва типи руйнування - в'язке і крихке - включають в себе дві стадії: 1) зародження тріщини і 2) її поширення. За механізмом зародження тріщин вони принципово не відрізняються. Якісна відмінність між ними пов'язано з енергоємністю і швидкістю поширення тріщини. При крихкому руйнуванні ця швидкість дуже велика, вона досягає 0,4 - 0,5 швидкості поширення звуку в матеріалі зразка. У разі ж в'язкого руйнування тріщина поширюється в основному з відносно малою швидкістю, сумірною зі швидкістю деформації зразка.

Енергоємність в'язкого руйнування значно більше тому, що при розвитку в'язкої тріщини пластична деформація йде не тільки поблизу її вершини, але по значному обсягу деталі або зразка. В результаті робота, необхідна для просування тріщини, тут значно більше, ніж при розвитку крихкої тріщини, коли пластична деформація локалізована в тонкому шарі у її вершини.

Друга стадія руйнування є найбільш важливою. Саме вона в основному визначає опір матеріалу руйнуванню. Стадія поширення тріщини теж складається з двох стадій - докритического, щодо повільного розвитку тріщини, коли процес руйнування ще можна контролювати, і закритичного поширення тріщини, коли остаточне руйнування стає дуже швидким, важко керованим і часто незворотних.

Такий підрозділ другій стадії процесу руйнування на до- і закритичних подстадии мало принципове значення для інженерної практики. Якщо до недавнього часу конструкція з будь тріщиною вважалася непридатною для експлуатації, то тепер при конструюванні основним став принцип «безпечного ушкодження», який допускає експлуатацію при наявності тріщин на докритичній стадії їх розвитку.

У полікристалах тріщина при руйнуванні може поширюватися по тілу зерна або уздовж кордонів. Відповідно розрізняють внутрізеренное (транскристаллитного) і межзеренное (інтеркрісталлітное) руйнування. При низьких температурах межзеренное руйнування зазвичай спостерігається в тендітних матеріалах і обумовлено наявністю на поверхні кордонів зерен частинок тендітних надлишкових фаз або сегрегації домішок. Таке руйнування може відбуватися також при підвищених температурах, в умовах інтенсивного розвитку межзеренного деформації. Тенденція до межзеренного руйнування посилюється в міру зменшення швидкості деформації.

Сучасні уявлення про руйнування виходять з того, що це процес, що йде в часі паралельно з деформацією. Особливість руйнування полягає в тому, що воно є значно більш локальним і структурно-чутливим, ніж всі види деформації. Дійсно, розвиток тріщини визначається структурою і властивостями матеріалу в безпосередній близькості (на мікронних відстанях) від її вершини. Таким чином, характеристики макроруйнування зразка або конструкції визначаються локальними процесами в мікрооб'ємах.