Изломы, полученные при многократных (циклических)

видах нагружения.

Усталостное разрушение. Усталостное разрушение развивается в конструкциях, подвергающихся действию знакопеременных (циклических) нагрузок, величина которых может быть значительно ниже предела текучести материала. Зарождение усталостной трещины происходит, как правило, вблизи поверхности образца или детали. Хотя усталостные трещины могут зарождаться и на совершенно гладкой поверхности, их возникновение в сильной степени облегчается при наличии концентраторов напряжения. Дальнейшее распространение усталостной трещины вглубь образца происходит на небольшое расстояние (от долей микрона до нескольких десятков микрон) за каждый цикл нагружения. При этом на поверхности разрушения остается ряд последовательных полосок, называемых у с т а л о с т н ы м и б о р о з д к а м и, которые отражают положение фронта трещины за каждый цикл нагружения. Усталостные бороздки на поверхности усталостных изломов можно наблюдать в электронном микроскопе (рис. 9).

Рисунок 9 – Усталостные бороздки на поверхности излома стали

По мере увеличения длины усталостной трещины, рабочее сечение детали уменьшается, пока действующая нагрузка не приведет к окончательному ее разрушению (долому). Стадийность усталостного разрушения отражается на строении усталостных изломов. Характерной особенностью строения усталостных изломов является наличие на их поверхности от двух до трех усталостных зон (рис. 10а), отличающихся цветом, шероховатостью и, самое главное, механизмом разрушения.

в	г
Рисунок 10 – Схемы строения усталостного излома (а) и изменения скорости распространения усталостной трещины (б), а также общий вид усталостных изломов (в, г). 1 – очаг разрушения; 2 – зона стабильного роста трещины; 3 – зона ускоренного развития; 4 – зона долома

Первая зона, непосредственно прилегающая к очагу разрушения, называется зоной стабильного (медленного) роста трещины (рис. 10а). Она имеет очень маленькую шероховатость поверхности. Скорость роста трещины в данной зоне низкая (рис. 10б). За зоной стабильного роста трещины следует зона ускорен­ного развития (рис. 10а), отличающаяся большой шероховато­стью поверхности и более темным цветом. Скорость роста трещины в пределах данной зоны резко возрастает (рис. 10б). Микрорель­еф состоит из участков, характерных как для усталостного, так и статического разрушения. Зона долома (рис. 10а) образуется при однокра­тном разрушении детали, сечение которой ослаблено (уменьшено) усталостной трещиной. Микрорельеф в зоне долома может быть вязким или хрупким.

Если уровень циклической нагрузки невысокий, то на поверхности изломов можно наблюдать все три вышеуказанные зоны (рис. 10а, в); если высокий – то только две зоны: ускоренного развития и долома (рис. 10 г).

Задание

1. Ознакомиться с макро- и микрофрактографией вязкого, хрупкого, вязко-хрупкого, смешанного и усталостного разрушения.

2. Провести идентификацию изломов (установить вид изломов) из набора изломов металлических материалов. Рассортировать изломы по видам.

3. Замерить относительное сужение образцов у поверхности хрупких и вязких изломов.

4. Замерить длину усталостных зон на поверхности усталостных изломов. Зарисовать излом и обозначить зоны на чертеже.

5. Установить характер и возможные причины разрушения представленных изделий по строению изломов.

6. Написать отчет по работе в соответствии с пунктами 2-5 задания.

Контрольные вопросы

1. Что изучает фрактография? Какие основные виды разрушения вы знаете?

2. Как происходит вязкое разрушение? Каковы макро- и микрофрактографические признаки вязких изломов?

3. Какие материалы разрушаются вязко? В каких условиях?

4. Каковы макро- и микрофракторграфические признаки хрупких изломов? Какие механизмы хрупкого разрушения вы знаете?

5. Перечислите причины, охрупчивающие металлические материа­лы.

6. Что такое вязко-хрупкий переход?

7. Что такое хладноломкость металлов? Какие материалы подвер­жены хладноломкости?

8. Перечислите факторы, влияющие на положение порога хладноломкости.

9. Как меняются свойства материала и вид изломов в интервале вязко-хрупкого перехода?

10. Какое разрушение называют смешанным?

11. Какие материалы и в каких условиях чаще всего разрушаются по смешанному механизму?

12. Что является причиной усталостного разрушения? Где зарождается и как растет усталостная трещина?

13. Какое макро- и микрофрактографическое строение имеют усталостные изломы?

14. О чем свидетельствует наличие вязкого, хрупкого, уста­лостного излома разрушенной детали (вид и примерный уровень приложенной нагрузки)?

Лабораторная работа №6