Можливі типи в’язкого руйнування

В’язкеруйнування розвивається звичайно зі значно меншою швидкістю, ніж крихке. Напруження необхідне для його розвитку, перевищує значення границі плинності матеріалу, використовуваного при розрахунках міцності деталей і конструкцій. Тому випадки пластичного руйнування в практиці експлуатації порівняно рідкі.

Пластичне руйнування характеризується такими особливостями:

- більша величина пластичної деформації, необхідна для поширення тріщини;

- процес може бути зупинений на будь-якій стадії, якщо напруження, що діє знизиться до значення нижче напруження плину матеріалу перед тріщиною.

При розтягненні в полікристалах можливі кілька типів пластичного руйнування. Шийка у виді точки спостерігається у високопластичних металах із ГЦК граткою, звуження поперечного перерізу перед руйнуванням може досягати майже 100%.

Чашковий злам, тобто злам конус – чашечка, спостерігається в менш пластичних полікристалічних металах і є найбільш характерним.

При однократному навантаженні до значення тимчасового опору, характерним є поширення тріщини по тілу зерна, але в деяких випадках тріщина може поширюватись і по границям зерен.

Залежно від напрямку дії максимальних напружень, що розтягують, злам може мати волокнисту або матову сильно шорсткі поверхні руйнування при цьому поширюється перпендикулярно напрямку дії напружень, або шовковисту поверхню коли поширення руйнування збігається з напрямком дії дотичних напружень.

Макроскопічний вид поверхні зламу використовують для оцінки ступеня в'язкості металу. Відповідно до теорії механіки руйнування, в'язкість є тією механічною властивістю, що найбільш тісно пов'язана з опором поширенню тріщин.

Усе, що визначає величину в'язкості, а саме: природа матеріалу, з якого виготовлена деталь, величина і форма останьої, температура, середовище та спосіб навантаження змінює вид зламу. Тому характерні риси будови зламів кожного сплаву залежать від режиму термічної обробки, форми зразка або деталі та ін.

В’язким, як і іншим зламам, властива неоднорідність будови. Навіть у межах одного зерна руйнування відбувається неоднорідно, наприклад, частково по площині відколу з утворенням гладкої блискучої фасетки, а частково по іншим поверхням, що помітно деформуються у процесі руйнування.

У циліндричних зразках після випробування на розтяг, на поверхні зламів, зазвичай утворюються три характерні зони: волокниста, радіальна і зона зрізу (рис. 1.).

 

 

1 - волокниста, 2 - радіальна, 3 - зона зрізу.

Рисунок 2.6.. Схематичне зображення зон типового зламу, що утворюються при розтягненні гладкого циліндричного зразка

Волокниста зона – відповідає області повільного росту тріщини. Вказана зона розташована в центрі зламу, а місце зародження тріщини, як правило, розташоване у центрі цієї зони. Це місце звичайно можна визначити за наявністю несуцільності, включення або скупченню включень. При різних рівнях міцності і температурах випробувань поширення тріщини у волокнистій зоні, частіше за все, відбувається у результаті злиття мікропор при руйнуванні перемичок між ними, що можна побачити за допомогою електронного мікроскопа.

Радіальна зона – при переході тріщини від повільного росту до швидкого або нестабільного поширення утворюються радіальні рубці, які орієнтовані в напрямку поширення тріщин. Вони починаються або від периферії волокнистої зони, або при відсутності цієї зони - від місця зародження тріщини. в якій сходяться радіальні рубці, точці зародження тріщини.

Зона зрізу – складається з рівної кільцеподібної ділянки, суміжною з вільною поверхнею зразка. Величина зони зрізу залежить від напруженого стану та властивостей металу. Відсутність цієї зони можлива тільки коли метал перебуває в надзвичайно крихкому стані.

Приклад такого зламу після випробування на розтягання при показаний на рисунку 1.. Він складається з радіальної зони та зони зрізу. При цьому радіальні рубці займають майже всю площу, за винятком вузької смужки зони зрізу.

 

 

Рисунок 2.7.. Злам зразка зі сталі 45 зі структурою відпущеного мартенситу.

 

Злами, що мають тільки одну зону, утворюються лише за умови високої в'язкості або навпаки крихкості матеріалу.

Оскільки від форми деталі або зразка для випробувань залежить напружений стан, ці параметри впливають на вид поверхні та співвідношення зон зламу. Наприклад, волокниста зона у прямокутного зразка може бути за формою близькою до еліптичної з великою віссю, паралельною довгим сторонам прямокутника. У зламах зразків дуже тонких перетинів, коли реалізується плосконапряженний стан, радіальна зона може бути відсутньою.

 

Багато металів (Fe, Mo, W, Zn й ін.), що мають ОЦК і ГПУ кристалічні гратки, залежно від температури можуть руйнуватися як в’язко, так і крихко. Наприклад, зниження температури спричиняється перехід від в’язкого до крихкого руйнування. Це явище одержало назву холодноламкості.

Температура переходу металу від в’язкого руйнування до крихкого називається критичною температурою крихкості, або порігом холодноламкості (). Чим нижче поріг холодноламкості, тим більший запас пластичності за інших рівних умов. Ця температура чутлива до ряду параметрів, що характеризують метал, найбільш важливими з яких є ступінь чистоти, структура, процес виплавки і ін. Збільшує схильність до крихкого руйнування підвищення швидкості деформації, наявність концентраторів напружень, збільшення розмірів виробу.

При випробуванні полікристалічних зразків з конкретних металів і сплавів, як правило не існує чіткої температурної границі переходу, а є певний температурний інтервал, у якому характер руйнування поступово змінюється і спостерігається помітний розкид значень вимірюваної механічної характеристики. У цій температурній області поступово змінюється і характер зламу.

Існує кілька критеріїв для практичного визначення температури холодноламкості, що характеризує схильність матеріалу до крихкого руйнування:

- величина ударної в'язкості;

- вид зламу;

- площа зламу, зайнята кристалічними ділянками.

На значення температури переходу впливає режим термічної обробки, та технології виплавки сталі. на інтервал температур переходу марки Сталі 3 у крихкий стан наведено у таблиці 2.3.

 

Таблиця 2.3 Вплив режиму термічної обробки, та технології виплавки Сталі 3 на температура переходу її у крихкий стан

 

Сталь	Температура переходу, ºС
Початок	Кінець
Кипляча горячекатаная	+100
Кипляча нормалізована	+40	-20
Спокійна горячекатаная	+20	-40
Спокійна нормалізована		-60

 

Примітки:

- початок переходу- при температурі вище зазначеної злам повністю в’язкий.

- кінець переходу - при температурі нижче зазначеної злам повністю крихкий.

На значення ударної в’язкості також впливає товщина прокату (табл. 2.4).

Таблиця 2.4 Значення ударної в'язкості Сталі 3 в залежності від товщини прокату

 

Товщина листа, мм	Температура випробувань,ºС
+20	-20
3 - 4,9
26 - 40