3.2. Физические основы разрушения металлов

Разрушение металлов и сплавов происходит путем образования и развития трещин. Оно осуществляется в несколько этапов:

• зарождение субмикротрещины (зарождение трещины);

• слияние их в микроструктуру;

• слияние их в макроструктуру;

• рост макротрещины и разделение металла на составные части.

Теория дислокаций объясняет механизм зарождения субмикротрещин, базируясь на нескольких моделях.

Модель Зинера, Мота и Стро:

Рис.3.1. Модель Зинера, Мотта и Стро.

Согласно этой модели перед различными препятствиями (дислокационные стенки, границы двойников, субзерен, зерен, межфазные границы, инородные включения и т.д.) возникает сильное скопление дислокаций, а следовательно концентрация напряжений, что приводит к образованию трещин, причем под углом 0-70⁰к плоскости скольжения.

Модель Котрелла:

Рис.3.2. Модель Котрелла.

Этот механизм объясняет возникновение трещин слиянием с образованием раскладывающейся дислокации.

Модель разрыва дислокационной стенки:

Рис.3.3. Модель разрыва дислокационной стенки.

При наличие в кристалле малоугловых границ с большой ориентировкой возможно образование микротрещин за счет сдвига вдоль дислокационной стенки. В основу этих механизмов положено представление о концентрации напряжений, создаваемых дислокациями. При межзеренной деформации возможно образование трещины на границах, перемещающихся

Рис.3.4. Схема возникновения трещины при встрече двух двойников

Рис.3.5. Схема торможения одного двойника другим.

относительно друг от друга. Субмикротрещины имеют размер порядка 10мкм. Их рост происходит путем объединения с другими трещинами или взаимодействия с вакансиями и скоплениями дислокаций до образования микротрещины порядка 1 мкм.

Дальнейшее поведение трещин зависит от того, по какому механизму (хрупкомуиливязкому) будет происходить ее рост.

Хрупкое разрушениепредставляет собой разрыв среды с незначительной предшествующей пластической деформацией. Оно требует мало энергии и распространяется с большой скоростью за счет саморазвивающейся трещины перпендикулярно направлению действия напряжения растяжения. Распространение трещины продолжается до тех пор, пока местные напряжения, возникающие на фронте трещины, не окажутся ниже предела прочности .

Вязкое разрушение сопровождается значительной пластической деформацией и распространяется в направлении наибольших касательных напряжений. Для вязкого разрушения требуются значительные затраты энергии.

Хрупкое разрушение чаще всего происходит по кристаллографическим плоскостям внутри зерна. Такое разрушение называется транскристаллитнымиливнутризеренным. Однако при низких температурах и наличии на границах зерен дисперсных фаз и примесей металлы и сплавы могут разрушаться и по границам зерен - так называемоеинкристаллитное(межз¨ренное) разрушение.

Хрупкое разрушение наблюдается у металлов и сплавов с ОЦК решеткой и проявляется особенно заметно в присутствии примесей, образующих твердые растворы внелрения.

Вязкое разрушениесопровождается значительной пластической деформацией и распространяется в направлении наибольших касательных напряжений. Для вязкого разрушения требуются значительные затраты энергии.

Вязкое разрушение происходит в несколько этапов. На первом этапе в металле возникают поры, которые соединяются друг с другом с образованием трещины. Второй этап - рост трещины. На третьем этапе происходит отделение частей металла по плоскостям, расположенным под углом, близким к 45⁰к оси растяжения.

Одни и те же металлы могут разрушаться и хрупко, и вязко в зависимости от условий, среди которых основными являются скорость деформации, температура и структурное состояние

Хрупкое разрушениевозникает при низких температурах и резком приложении нагрузки. Вязкое разрушение связано с высокими температурами и малыми скоростями нагружения. Температура перехода от вязкого к хрупкому разрушению не является постоянной для данного металла. Она зависит от чистоты металла, величины зерна, режимов термообработки.

Контрольные задания