Види зламів і механізми їх утворення

Залежно від якості металу, умов експлуатації деталі або виду і режимів навантаження при випробуваннях зразків злами бувають в'язкі, тендітні, змішані, втомні. Розглянемо будову і характерні ознаки різного виду зламів.

В'язкий (волокнистий) злам при візуальному спостереженні (або в стереомікроскопів) має попелясто-сірий або темний колір, сильно шорстку матову поверхню. На рис. 3.1 - 3.3 показані злами зразків, вирізаних з поковок (обичайок) стали 10ГН2МФА, ис

намагається на ударний вигин в інтервалі температур в'язко-крихкого переходу (ВХП). При зниженні температури спостерігається зменшення частки в'язкої складової від 100% (правий зразок на рис. 3.1) до 10% (правий зразок на рис.3.3). Частка макроскопически крихкого зламу відповідно зростає. Крихкий злам зосереджений в центрі. В'язка складова присутня під надрізом, на периферії зламу з протилежного від надрізу боку, з боків (ці ділянки називаються «губи зрізу», орієнтовані під кутом близько 45 0 до площини крихкого зламу).

В'язкий злам при спостереженні в РЕМ є безліч ямок різного розміру і глибини з гострими краями; на дні ямок часто спостерігаються неметалеві включення (Рис.3.4). Утворенню в'язкого ямкового руйнування завжди передує значна

пластична деформація і зміцнення металу. Тип кристалічної решітки останнього (ОЦК, ГЦК, ГПУ) в освіті ямкового зламу особливої ​​ролі не грає.

Механізм в'язкого ямкового руйнування можна представити таким чином (Рис.3.5). За дією постійно прикладеного навантаження, на стадії, коли метал досягає граничного ступеня зміцнення при деформації, що здійснюється під дією дотичних напружень по дислокаційної механізму, подальша деформація стає неможливою. На цьому етапі навантаження починається руйнування. Спочатку порушується когезивних зв'язок (міжатомних зв'язків між атомами сусідніх фаз на міжфазної кордоні) металу матриці з наявними в його структурі включеннями. Через порушення суцільності поперечний переріз зменшується і навантаження зосереджується навколо цих включень, де починають рости пори (перемички між сусідніми включеннями витягуються і утоняются за механізмом Набарро-Херінга). Інший варіант - порушують не когезивних зв'язок металу з наявними в структурі металу включеннями, а відбувається руйнування самих включень. Далі діє той же механізм руйнування.

В'язке руйнування може бути малоенергетіческім, коли метал насичений великою кількістю великих включень (як на рис.3.4) і гранична ступінь зміцнення за рахунок руху і взаємодії дислокацій досягається швидко. Приклад такого руйнування - в'язке межзеренное руйнування, коли на кордонах зерен зосереджена велика кількість включень, наприклад, в разі виродження евтектики. Високоенергетичне в'язке руйнування (Рис.3.6) реалізується в разі, коли включення розташовуються рідко і мають значний розкид за величиною. Спочатку утворюються ямки на найбільш великих включених. На них виростають глибокі пори. Потім у міру зміцнення перемичок, починають утворюватися ямки на дрібних включених. Обсяг металу, порушеного процесом в'язкого руйнування в цьому випадку у багато разів більше, ніж в першому.

У розглянутих вище випадках в'язкого руйнування, коли поверхня зламу, в загальному, перпендикулярна лінії дії нормальних напружень, в зламі превалюють рівноосні ямки. На ділянках зрізу, де злам приблизно розташований під кутом 45 0 до лінії дії нормальних напружень (губи середовище на зразках для ударного вигину або циліндричних зразків для розтягування, ямки - витягнуті (Рис. 3.7).

Крихкий (кристалічний) злам з'являється під дією нормальних напружень в умовах обмеженості пластичної деформації (як правило, при наявності концентраторів напружень) і характеризується блискучими плоскими фасетками на поверхні руйнування, що утворилися в результаті поділу кристала по кристалографічних площинах. Поверхня такого руйнування при спостереженні в РЕМ кардинально відрізняється (Рис. 3.8) від вузького ямкового. На представленому крихкому зламі маловуглецевої стали видні кристалографічна плоскі ділянки, розділені сходинками. Таке руйнування отримало назву крихкого руйнування сколом по площинах спайності. Напрямок сходинок вказує напрямок руху тріщини відколу. Навскоси зверху-вниз проходить межа двох феритних зерен з різною орієнтацією площин спайності.

Руйнування сколом властиво неорганічних матеріалів з іонної і ковалентного межатомной зв'язком. Крихке руйнування по площинах спайності характерно і для металів з ОЦК- кристалічною решіткою, що зазнають в'язко-крихкий перехід при зниженні температури. У зоні макроскопически крихкого зламу на рис. 3.1 - 3.3 превалює саме такий тип руйнування. Таке ж руйнування властиво і деяким ГПУ-металів (Be, Zn, Cd).

Будь-які кристалічні об'єкти мають ані

зотропіей (відмінністю) властивостей в різних напрямках. Площині спайності - це кристалографічні площини, за якими може відбуватися скол - порівняно легке поділ кристала на частини. Це кристалографічні площини з найбільшою щільністю атомів: відстань між ними - найбільше в порівнянні з іншими. Для ОЦК- метал лов - це площині типу (100) (Рис.3.9), для ГПУ-металів - площині (1000) (рис.3.10). У ГЦК-металах площині спайності відсутні.

Крихке руйнування по площинах спайності відбувається несподівано і супроводжується різким звуковим ефектом (тріск). При цьому окремі частини зразка або вироби можуть розлітатися в різні боки з великою швидкістю. Як правило, крихкому руйнуванню передує стадія в'язкого руйнування.

Руйнування шляхом відколу по площинах спайності можна виявити при спостереженні поверхні крихкого зламу в стереомікроскопів. Ділянки відколу виглядають як дуже гладкі блискучі ділянки, на яких помітний певний малюнок у вигляді характерного ручьістого рельєфу (Рис. 3.11). Такі ділянки називаються фасетками відколу. Після наведення на різкість у фокусі залишається тільки невелика частина зламу з фасетками відколу. У РЕМ ручьістий рельєф видно значно чіткіше і на значно більших ділянках, ніж в світловому мікроскопі, зважаючи на високу глибини різкості. Так, на рис. 3.12 добре видно напрямки і зв'язок «струмків» в різноорієнтованих атомних площинах сусідніх кристалів.

Межзеренное руйнування в загальному випадку яв ляется малопластичним. Найбільш очевидний його ознака полягає в наявності рельєфу, відповідного огранювання зерен або кристалітів. Таке руйнування добре виявляється при спостереженні об'ємної картини зламу в стереомікроскопів. Розрізняють межзеренное в'язке і межзеренное крихке руйнування.