С помощью количественного анализа определяют количество, размеры и распределение элементов строения поверхности, отличающихся от оптимальных, а также степень их отрицательного воздействия на свойства металла.

При проведении макроскопического анализа излом оценивают и классифицируют по следующим основным признакам: ориентация поверхности разрушения; макрогеометрия; степень пластической деформации; шероховатость, цвет, блеск.

Ориентация поверхности излома определяется характером нагружения, действием нормальных и касательных напряжений, вызывающих разрушение.

Макроскопическое исследование строения изломов в большинстве случаев позволяет определить характер разрушения (хрупкое, вязкое) и вид нагружения, при котором произошло разрушение (кратковременное, длительное, усталостное и др.).

Исследование строения изломов называется фрактографией, а методы исследования – фрактографическими.

Анализ строения изломов имеет большое научное и практическое значение по следующим причинам:

1. В строении излома находит четкое отражение процесс разрушения, и поэтому анализ строения изломов является единственным методом, с помощью которого после окончания разрушения можно получить сведения о протекании этого процесса.

2. Излом выявляет зоны, где наиболее неблагоприятно сочетаются условия нагружения и свойства материала, его способность к локальному разрушению, так как излом – это след магистральной трещины, оказавшейся решающей для разделения тела.

3. Строение излома отображает локальные условия разрушения в тонкой, примыкающей к поверхности излома зоне, характеристика вида излома (хрупкий или вязкий) оценивает степень пластической деформации, прошедшей в процессе разрушения в тонком слое вблизи поверхности раздела тела.

4.2. Понятия и термины, используемые при описании поверхностей разрушения

Излом – поверхность раздела, возникающая при разрушении объекта.

Макростроение (макрорельеф) излома – набор элементов поверхности разрушения, используемых для идентификации излома и различимых при визуальном рассмотрении или с небольшим увеличением (≤ 50×).

Макростроение (на примере усталостного излома лопатки компрессора) приведено на рис. 8. На изломе хорошо видны усталостные линии.

Рис. 8. Макростроение (макрорельеф) излома

Схема излома и очаг разрушения приведены на рис. 9 а, б.

Зона излома – участок поверхности разрушения, характеризующийся строением, отличным от строения других частей излома.

Очаг разрушения (рис. 9, а, б) – место зарождения разрушения, оцениваемое на изломе.

Рубцы (рис. 9, б-2) – линии на изломе, представляющие собой следы слияния отдельных, близко расположенных соседних трещин, распространяющихся в одном направлении (как правило, от очага разрушения).

Зона долома (рис. 9, б-5) – участок излома, соответствующий конечной стадии разрушения.

Рис. 9. Схема и очаг разрушения:

1 – очаг разрушения; 2 – ступеньки и рубцы; 3 – усталостные линии; 4 – зона ускоренного развития трещины; 5 – зона долома

Магистральная трещина – трещина, приводящая к окончательному разрушению.

Ступенька (рис. 9, б) – след слияния двух трещин, распространяющихся в различных направлениях, при образовании магистральной трещины.

Усталостные линии (рис. 9, б-3) – линии на усталостном изломе, близкие по форме к концентрическим, образующиеся в процессе роста усталостной трещины и представляющие собой расходящиеся от очага разрушения отметки фронта трещины на определенной стадии ее развития.

Расслоение – (рис. 10) несплошности, образующиеся вдоль границ структурных элементов, ориентированные по направлению деформации.

Микростроение (микрорельеф) излома – набор элементов поверхности разрушения, используемых для идентификации излома, разрешаемых методами световой, электронной микроскопии (при увеличении > 50×).

Фасетка – элемент поверхности разрушения с четкими границами, лежащий в одной или близких плоскостях.

Фасетка скола (рис. 11 а, б) – фасетка, образующаяся в результате разрушения по определенным кристаллографическим плоскостям (плоскостям скола), в пределах которой разрушение развивается в одном направлении.

Рис. 10. Расслоение:

а – растровый электронный микроскоп (РЭМ), ×3000; б – РЭМ, ×15000.

К характерным элементам строения относятся ручьистый узор, язычки. Наличие фасеток скола свидетельствует о внутризеренном хрупком разрушении.

Рис. 11. Фасетка скола:

а – просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ); б – РЭМ, ×500, ×5400. Стрелкой показано направление разрушения

Ручьистый узор (рис. 11 а-г) – элемент строения поверхности фасеток скола, представляющий собой систему сходящихся ступенек, образующуюся в плоскости скола в результате разрушения перемычек между хрупкими микротрещинами, распространяющимися по параллельным, близко расположенным кристаллографическим плоскостям. Направление слияния ступенек скола в ручьистом узоре соответствует направлению распространения трещины. Частный случай ручьистого узора – веерообразный узор, который возникает, если ступеньки скола сходятся в одной точке в пределах фасетки.

Ручьистый узор на поверхности фасеток скола (рис. 11 в, г) 11 в – ПЭМ, ×2500; 11 г – РЭМ, ×1000.

Рис. 11. Ручьистый узор на поверхности фасеток скола:

в – ПЭМ, ×2500; г – РЭМ, ×1000

Фасетка квазискола (рис. 12 а, б) – относительно ровный (плоский) участок разрушения, не всегда связанный ориентационно с плоскостями скола и характеризующийся тем, что наряду с признаками хрупкого разрушения имеет признаки пластической деформации (гребни). Фасетка квазискола имеет менее четкие границы, чем фасетка скола. Разрушение развивается преимущественно от центральной части фасетки к периферии.

Фасетка межзеренная (межсубзеренная) – фасетка в виде многоугольника, образующаяся при разрушении по одной грани зерна (субзерна; рис. 13 а, б, в).

Поверхность межзеренных фасеток может быть гладкой, с ямочным или другим специфическим рельефом.

Ямки (рис. 14 а, б) (рис. 13 а, б, в) – микроуглубления на поверхности разрушения, представляющие собой вскрытые поверхности микропустот, образующихся в процессе пластического течения металла.

Рис. 12. Фасетка квазискола:

а – ПЭМ, ×10000; б – РЭМ, ×1000

Рис. 13. Межзеренные фасетки:

а – ПЭМ, ×2600; б – РЭМ, ×1000; в – межсубзеренные фасетки, РЭМ, ×1000

Очагом зарождения микропустот могут служить частицы неметаллических включений или вторых фаз, микронесплошности на границах зерен, субзерен и на плоскостях сдвига.

Форма (конфигурация) ямок (равноосная, вытянутая, параболическая, цилиндрическая, неправильной формы) определяется напряженным состоянием и формой инициатора образования ямки.

Глубина ямок (высота перемычек между ними) есть мера способности материала к пластической деформации.

Рис. 14. Ямки:

а – ПЭМ, ×2600; б – РЭМ, ×3000

Рис. 15. Ямка волокнисто-полосчатого излома:

а – ПЭМ, ×200; б – РЭМ, ×1000

Ямка волокнисто-полосчатого излома (рис. 15 а, б) – микроуглубление на поверхности разрушения, возникшее в результате образования и слияния микропустот около вытянутых структурных неоднородностей: неметаллических включений и ликвационных зон; характерны для изломов поперечных образцов из материалов, подвергнутых горячей пластической деформации.

Сотовый рельеф (рис. 16) – микрорельеф поверхности разрушения в виде мелких плоских ямок. Свидетельствует о малой доле локальной пластической деформации при разрушении. Встречается часто при разрушении литых материалов; наблюдается также при разрушении перегретых сталей.

Риc. 16. Сотовый рельеф. ПЭМ, ×10000

Рис. 17. Гребень

а – ПЭМ, ×9400, б – РЭМ, ×5000

Гребень (рис.17 а, б) – вытянутый участок, возвышающийся над поверхностью разрушения (на обеих половинах излома), образовавшийся в результате пластической деформации и разрушения перемычек между другими элементами излома.

Ступенька (рис. 18) – элемент микрорельефа излома прямолинейной или изогнутой формы, образующийся при соединении двух микроповерхностей разрушения, расположенных на разных уровнях; может возникать также в результате скола вдоль границ двойников.

Язычок (рис. 19) – элемент строения поверхности фасетки скола и квазискола треугольной или трапецевидной формы, образующийся в результате локального разрушения вдоль поверхности раздела матрица – двойник.

Язычку, находящемуся на одной половине излома, соответствует углубление на ответной половине излома.

Рис. 18. Ступенька, РЭМ, ×3000

Рис. 19. Язычок, ПЭМ, ×5400

Усталостные бороздки (рис. 20) – элемент микрорельефа усталостного излома в виде повторяющихся удлиненных впадин и выступов, не пересекающихся между собой и ориентированных перпендикулярно локальному направлению развития трещины на данном микроучастке.

Плато (рис. 20) – плоские участки, вытянутые преимущественно в направлении локального распространения трещины, на которых располагаются усталостные бороздки.

Наличие плато и при отсутствии усталостных бороздок является одним из признаков усталостного разрушения.

Траковые следы (рис. 21) – элемент микрорельефа усталостного излома, образовавшийся в результате соприкосновения противоположных поверхностей разрушения.

Рис. 20. Усталостные бороздки на плато

Рис. 21. Траковые следы, РЭМ, ×1000

Зона вытягивания (рис. 22) – сглаженный (нередко бесструктурный) участок микрорельефа, отвечающий зоне страгивания трещины при наличии пластического затупления ее вершины при всех видах нагружения.

В усталостном изломе зона вытягивания – участок поверхности разрушения, ограниченный с одной стороны фронтом усталостной трещины и с другой – микрообразованиями хрупкого (скольного) или вязкого (ямочного) типа.

К микрофрактографическим признакам зоны вытягивания относятся также сдвиговые микрообразования и вытянутые ямки.

Рис. 22. Зона вытягивания, ПЭМ, ×5000

Механизм разрушения – механизм распространения трещины, оцениваемый на микроуровне.

Скол – механизм хрупкого разрушения, характеризующийся распространением трещины, путем разделения (раскалывания) металла по определенным кристаллографическим плоскостям (внутризеренный скол) или границам зерен (межзеренный скол), а также по границам субструктурных элементов, межфазным границам.

При разрушении путем скола образуется микрорельеф, состоящий из фасеток внутризеренного или межзеренного скола с ручьистым узором и язычками (или без них) и ступенек скола.

Квазискол – механизм внутризеренного квазихрупкого разрушения, характеризующийся распространением трещины преимущественно путем разделения металла по плоскостям, не совпадающим с кристаллографическими плоскостями зерен.

You have finished the free preview. Would you like to read more?