13.3. Виды изломов

13.3.1. Хрупкие и полухрупкие изломы

Хрупким называют излом, образовавшийся в результате разрушения при отсутствии макроскопической деформации, то есть в процессе упругого нагружения. При этом пластичность излома определяют не по средней деформации образца или детали, а по наличию и степени локальной деформации в узком объеме материала, прилегающему к поверхности разрушения. То есть пластичность излома определяется той частью пластической деформации, которая связана с распространением разрушения.

Чаще всего хрупкому излому сопутствует незначительная общая деформация и малые значения ударной вязкости.

Абсолютно хрупкие изломы, если и наблюдаются, то лишь у некоторых неметаллических материалов (существует точка зрения об их отсутствии), таких как неорганическое стекло, гипс, мрамор и ряда других материалов, разрушенных при достаточно низких температурах. Металлы практически всегда разрушаются с большей или меньшей степенью пластической деформации. Тем не менее, изломы металлов с малой, локальной пластической деформацией принято называть хрупкими. Часто считают хрупкими изломы, величина макроскопической пластической деформации которых характеризуется местным относительным сужением гладких образцов менее 5% или надрезанных образцов менее 1-2%.

Наряду с хрупкими изломами, для металлов можно выделить изломы полухрупкие и смешанные.

Полухрупкие изломы сопровождаются не только локальной, но и небольшой макропластичностью, и характеризуются относительным сужением порядка 5% для гладких и 2% для надрезанных образцов.

На поверхности смешанных изломов имеются расположенные последовательно или перемежающиеся макроскопические участки хрупкого и пластического разрушения.

В соответствии с различными стадиями распространения трещины в материале хрупкий излом делится на зоны:

- фокус излома – микрозона, в которой начинается разрушение и из которой оно распространяется. Расположение фокуса (обычно на поверхности детали или образца) и само наличие фокуса указывает на неодновременность процесса разрушения;

- первая зона соответствует начальной стадии сравнительно медленного развития трещины из фокуса. Обычно эта зона более гладкая, чем остальная поверхность излома. У неорганических и некоторых видов органических стекол она имеет зеркальный блеск и носит название зеркало излома. С ростом пластичности материала (для неоднородных материалов микропластичности) его чувствительность к трещинам, и к внецентренному нагружению при неосесимметричном развитии разрушения обычно падает, и поэтому относительная площадь первой зоны растет. Это наблюдается, например, при повышении температуры испытания органического стекла;

- вторая зона – зона долома – соответствует очень быстрому, «лавинному» распространению трещины до полного разрушения со скоростью, соизмеримой со скоростью звука;

Граница между первой и второй зонами на изломе определяется в виде резкого изменения строения поверхности или каких-либо линий и имеется только на очень хрупких изломах, а также на изломах замедленного разрушения.

Вторая зона хрупких изломов, также, как и большинства других изломов, обладает повышенной по сравнению с первой зоной шероховатостью.

Общим признаком строения хрупких изломов металлов является отсутствие на их поверхности видимых следов пластической деформации. В связи с этим хрупкие изломы не имеют волокнистой структуры, они кристалличны, а их поверхность состоит из множества гадких площадок – фасеток.

У смешанных изломов хрупкие зоны не занимают всей поверхности разрушения. Хрупкий участок на изломе отделяется от пластичного достаточно четко. Эта линия имеет выпуклость от очага разрушения.

Так как хрупкие разрушения чувствительны к концентраторам напряжений, которые располагаются преимущественно по поверхности деталей, то и очаг хрупкого излома обычно располагается у поверхности. Хрупкий излом покрыт рубцами, расходящимися веерообразно из очага разрушения в направлении развития трещины. В месте возникновения разрушения рубцы мелкие и тонкие, в зоне «долома», во второй зоне, они становятся грубее, приобретая вид «заноз», иногда отделяющихся от основного материала. Характерное направление рубцов от фокуса излома, позволяет установить место зарождения трещины.

Хрупкие разрушения, как правило, проходят по телу зерен. Изменение характера разрушения с внутрикристаллического на межкристаллическое происходит по причинам, вызывающим ослабление границ зерен, например:

- при воздействии поверхностноактивных или коррозионных сред, а также при окислении границ зерен стали при пережоге. Хрупкое разрушение закаленных сталей под действием водорода и при травлении происходит по границам бывших аустенитных зерен;

-при работе сильно деформированных полуфабрикатов поперек волокна (разрушение происходит по границам зерен в направлении, перпендикулярном деформации);

- при воздействии на сталь цветных металлов, проникающих по границам зерен и оказывающих расклинивающее действие;

- при разрушении стали вследствие отпускной хрупкости.

Обычно довольно трудно отличить по внешнему строению внутрикристаллический излом от межкристаллического в особенности при малом размере зерна (кристаллических фасеток), тогда как для некоторых сплавов цветных металлов это вполне возможно. Например, у сплавов медь-свинец внутрикристаллический излом имеет красный цвет (обнажение зерен меди), а межкристаллитный серый (обнажение зерен свинца).

При эксплуатации хрупкие разрушения возникают как следствие хладноломкости, повышенной чувствительности к надрезу, при работе деталей из материалов, обладающих низким сопротивлением хрупкому разрушению или понизивших его из-за неблагоприятных условий эксплуатации. Как и в случае других эксплуатационных разрушений, причины хрупких разрушений часто носят комплексный характер, то есть возникают в результате сочетания ряда факторов, способствующих хрупкому разрушению.