Лекция 5

Лекция 5

Макроскопическая фрактография.

Начинается с исследования невооруженным глазом или с помощью лупы. Затем на микроскопе 20-120 крат. Необходимо описать признаки: ориентация поверхности разрушения, макрогеометрия, степень пластической деформации, шероховатость, цвет, блеск.

Ориентация излома связана с характером нагружения и ролью нормальных и касательных нагружений, вызывающих напряжения. По ориентации: прямой, косой, прямой со скосами (чашечный).

Прямой - излом, поверхность которого ориентирована перпендикулярно растягиващих усилий. Такой излом – характерный признак макрохрупкого разрушения. Прямой со скосами (чашечка) – растяжение хрупких цилиндрических образцов. Формирование чашечек связано с образованием шейки в деформированном образце, которое обусловлено боковыми и центровыми напряжениями в центре образца.

Косой – поверхность под углом к оси образца и образуется путем среза а области напряжений. Это изломы анизотропных материалов (алюминиевые деформированные сплавы). Наличие боковых скосов – признак макровязкого разрушения.

Макрогеометрия излома подразумевает размерную оценку разных зон поверхности разрушения. По ней делятся на: однородные и неоднородные изломы звездочкой, шевронные и сложной формы. Однородный – морфологически одинаковая поверхность (очень хрупкие материалы). В основном поверхности разрушения разнородны. Неоднородность может быть обусловлена неоднородностью самого материала. При длительных нагрузках неоднородность проявляется в наличии зон стабильного развития трещины и быстрого разрушения (долом).

При разрушении растяжением с изгибом образуется шевронный излом – система ступенек, образующих «ёлочку» или «шеврон». Вершины шеврона обращены к зоне начала разрушения. Шевронный рельеф – признак малой пластической деформации.

Более характерный неоднородный излом – усталостный. В нем различают очаг разрушения, зону развития усталостного разрушения, зону долома. Очаг разрушения - место его зарождения (в основном – на поверхности), фокус излома. Зона развития трещины – приочаговая область и сама область разрушения. Приочаговая область – мелкозернистая структура и низкая шероховатость, блестящий (зеркальный) вид. Зона разрушения – дисперсная гладкая поверхность с бархатистым оттенком. Зона долома – в хрупких – крупнокристаллическое строение; в вязких – волокнистое. Нужно смотреть наличие зеркального участка на поверхности. Если его нет – излом не усталостный. Возникновение усталостной трещины может быть вызвано некачественной термической обработкой. Если усталостной трещины нет – материал нормальный.

По внешнему виду излома отличают

- вязкий (матовый) излом, поверхность разрушения которого содержит мелкие уступы – волокна;

- хрупкий излом (светлый), его поверхность характеризуется наличием блестящих плоских участков.

.

По блеску и цвету: учитывается особенность строения и дисперсность структуры поверхности разрушения. Шероховатость - связана с условиями нагружения при разрушении, характером распространения трещины, размером распространения трещины, размером зерен материала и степенью деформации зерен.

К вязкому излому относятся:

Бархатистый излом – гладкий матовый излом без кристаллического блеска.

Волокнистый излом - поверхность вязкого разрушения с характерными волокнами в направлении нагружения под действием пластической деформации зерен, разделенных в процессе разрушения. Излом характеризуется матовой, сильно шероховатой поверхностью полосчатостью, повторяющей макроструктуру сплава.

Излом звездочкой – излом круглого образца с радиальными трещинами после испытания на разрыв; плоскость трещин параллельна оси образца.

Матовый излом – образуется при срезе вследствие сильной деформации зерен перед разрушением, не имеет кристаллического блеска, свидетельствует о высоком качестве металла.

Шиферный излом – поверхность разрушения вдоль вытянутых при деформации зерен (волокон), содержит ступеньки и уступы, образовавшиеся на разной длине, напоминает строение сломанного дерева в месте разрушения (наз-ся также древовидным).

Излом типа «чашка – конус» - смежные поверхности разрушения образца с центральным участком волокнистого строения, перпендикулярно растягивающим напряжениям, и наклонными (под углом 30-60^о) скосами со сглаженной и более блестящей поверхностью. В центральной части располагается очаг (фокус) излома, от которого расходятся более или менее четко выраженные рубцы.

К хрупкому излому относятся:

Камневидный излом – межзеренный излом, имеет грубозернистое строение без металлического блеска. Основная причина – выделение избыточных фаз по границам зерен. Служит признаком низкого качества материала, обусловленная перегревом при горячей обработке или термообработке.

Кристаллический – в условиях разрушения с малой пластической деформацией. Участки с блестящими пластинами – фасетки скола кристаллов. Различают крупнокристаллический и мелкокристаллический излом в зависимости от размера фасеток.

Нафталинистый - макроизлом характерный для хрупкого разрушения крупнозернистого материала (чаще инструментальной стали), отличающийся крупными гладкими фасетками с неметаллическим блеском.

Ручьистый излом – особенности строения поверхности разрушения сколом, проявляющимся в виде ступенек между локальными фасетками одной и той же плоскости скола. Эти ступеньки объединяются подобно ручьям в направлении распространения трещины. Следуя за ручьистым узором можно определить направление распространения трещины.

Черный излом – излом темно-серый, связан с выделением графита в структуре сталей.

Микроскопическая фрактография.

Лучше всего смотреть излом на микроскопе МВ5. нужно различить межзеренное и внутризеренное разрушение (300-800 крат). При межзеренном разрушении будут видны очертания граней зерна, фасетки имеют матовую поверхность. Внутризеренный – блестящие участки разной формы и дисперсности. Если разрушение развивается без заметной пластической деформации, то внутризеренный излом имеет вид блестящих фасеток, разрушение со значительной пластической деформацией имеет тонкое волокнистое строение.

Электронная фрактография.

Фрактографические исследования изломов проводят на растровом электронном микроскопе в режиме вторичных электронов при плавном увеличении в пределах от 50 до 10000 крат.

Исследуется разрушение внутри зерна и микрорельеф излома.

Хрупкий излом: образование в нем поверхности внутризеренного скола в виде фасеток скола (рис.2а). Они образуются в результате разрушения по определенным кристаллографическим плоскостям с минимальной пластической деформацией. Фасетки образуют границу ступенек, воспринимаемую как ручьистый излом. Элементом микрорельефа разрушения сколом являются язычки (треугольные или трапецевидные). Формирование их обусловлено особенностью поверхности разрушения и имеющимися дефектами структуры.

Вязкий излом: деформация перед разрушением достаточно большая. Главный элемент микрорельефа – ямки – микроуглубления на поверхности излома (рис.2б). Их формирование характеризуется медленным ростом трещины и значительной пластической деформацией. Образование ямок обусловлено образованием локальных очагов разрушения.

Квазихрупкий излом – микрорельеф представляет собой ровные участки (рис.2в). Разрушение происходит из-за объединения участков с хрупким разрушением и с пластической деформацией. Квазискол – микроскопический механизм хрупкого разрушения, при котором трещина распространяется внутри зерна вне связи с определенными кристаллографическими плоскостями и её поверхность имеет признаки некоторой пластической деформации в виде перемычек между относительно плоскими фасетками

Межкристаллитный скол состоит в граничном разделении зерен поликристаллического тела с низкой прочностью границ (сцепление атомов под действием сил притяжения). Строение поверхности разрушения зернистое (рис.2г).