3. Класифікація зламів

Макроскопічне дослідження зламів передбачає їх оцінку і класифікацію за такими основними ознаками: особливостями будови, характером силової дії, орієнтацією поверхні руйнування, макрогеометрією поверхні, енергією та мікромеханізмом руйнування, ступенем пластичної деформації під час руйнування, шорсткістю, блиском, кольором.

За особливостями будови злами поділяють на крихкі, в’язкі (пластичні), втомні і змішані.

Крихкими називають злами, що утворюються при руйнуванні без видимої макропластичної деформації, переважно під впливом пружної деформації. Крихке руйнування металу характеризується малими значеннями ударної в'язкості і його може супро­воджувати незначна мікропластична деформація. Часто крихкими вважають злами, величина макропластичної деформації яких відповідає відносному звуженню при випробуваннях на розтягування гладких зразків, меншому за 5 %, або надрізаних зразків, меншому за 2 %.

Поверхня крихких зламів складається з великої кількості гладких площинок — фасеток, на яких відсутні видимі сліди пластичного деформування. Внаслідок цього, злам є світлий, блискучий. Поверхня фасетки є певною кристалографічною площиною зерен матеріалу (площина спайності). Тому найчастіше розміри фасеток відповідають розмірам тих структурних складових, у межах яких проходить (локалізується) руйнування (наприклад, зерен, колоній перліту). Крихкі злами орієнтуються перпендикулярно до напрямку найбільших макроскопічних напружень розтягування.

В'язкими (пластичними) називають злами, що супроводжуються при руйнуванні значною за величиною пластичною деформацією. Значна деформація, що передує утворенню в’язкого зламу, змінює форму і розмір поперечного перерізу зразка або деталі. Ці зміни найпомітніші поблизу зламу і є ознаками пластичного руйнування. На досить в'язких зламах найчастіше присутні такі дефекти, як шиферність, розшарування, вириви.

Поверхня в'язкого зламу внаслідок сильної деформації зерен у приповерхневому шарі не має кристалічного блиску, темна, тьмяна, оксамитова, волокниста. На поверхні в'язких зламів, так само, як і на поверхні крихких, можуть спостерігатися нерівності у вигляді рубців, що виходять з початкової зони руйну­вання.

Утомні злами виникають унаслідок циклічного багаторазового навантаження деталі, що може змінюватися в часі не тільки за амплітудою, але й за напрямком (наприклад, стискання–розтягування). Напруження в умовах втомного руйнування переважно не перевищують границю плинності матеріалу. Утомні злами мають характерний блиск і будову: частина поверхні зламу гладка, притерта, з наявністю концентричних ліній, інша частина зламу може бути в'язка або крихка.

На поверхні втомного зламу можна виокремити характерні ділянки і зони, такі як фокус зламу, осередок руйнування, зона розповсюджування втомної тріщини, зона доламування.

Змішаними називають злами, на поверхні яких розташовані макроскопічні ділян­ки крихкого й пластичного (в'язкого) руйнування.

Частка в'язкої складової в зламі є одним із критеріїв оцінки в'язкості матеріалу. Її визначають як відношення площі зламу, яку займає в'язка складова, до всієї його площі. Аналогічно відношення площі крихких ділянок у зламі до всієї площі зламу є критерієм оцінки крихкості зламу.

Крихкі, в'язкі, змішані злами утворюються як при статичному, так і при динамічному (ударному) навантаженнях.

За характером силової дії розрізняють злами від довготривалого та короткочасного одноразового статичного, динамічного та циклічного (багаторазового) навантажень.

За ступенем пластичної деформації при руйнуванні виділяють злами крихкі, квазікрихкі та в’язкі. Критерієм, за яким оцінюють ступінь пластичної деформації при руйнуванні, є відносне звуження при випробуваннях на розтягування, а саме: для крихкого зламу ψ < 1,5 %, квазікрихкого — ψ = 1,5 % і в’язкого — ψ > 1,5 %.

За макрогеометрією поверхні руйнування розрізняють злами однорідні, неоднорідні, шевронні, зірчасті та іншої складнішої форми. Однорідний злам характеризується морфологічно однаковою поверхнею. Такий вид зламу зустрічається рідко, наприклад, при руйнуванні дуже крихких матеріалів, вуглецевих сталей при низьких температурах. Більшість зламів є неоднорідними. Їх утворення зумовлене неоднорідністю матеріалу за хімічним складом, структурою, властивостями напруженого та деформованого станів.

За енергетичними показниками, тобто за роботою руйнування К, злами поділяють на крихкі (К < 5 Дж), квазікрихкі (К = 5...20 Дж) та в’язкі (К > 20 Дж).

За орієнтацією поверхні руйнування злами класифікують на прямі, скісні, прямі зі скосами (чашкові) та конічні. Прямий злам (рис. 1.4., а) має поверхню руйнування, яка орієнтована по нормалі до осі зразка чи виробу, тобто перпендикулярно до напрямку найбільшого зусилля розтягування; така орієнтація є характерною ознакою крихкого макроскопічного руйнування. Прямий злам зі скосами (чашковий) утворюється при розтягуванні гладких циліндричних зразків (найчастіше конструкційних легованих сталей). Він характеризується наявністю на поверхні руйнування двох характерних ділянок — фрагментів з волокнистою будовою, розташованих у середній частині перерізу зразка перпендикулярно до напрямку нормальних напружень, і бокових скосів (зрізів), орієнтованих під кутом приблизно 45º до основної поверхні руйнування (рис. 1.4., б, в). Формування «чашки» пов’язане з утворенням шийки у деформованому зразку, що викликає значні бокові та осьові напруження в центрі зразка. Скісний злам має поверхню руйнування, нахилену під кутом до осі зразка або деталі (рис. 1.4., г). Він утворюється внаслідок зрізування у площині дії найбільших дотичних напружень і спостерігається при руйнуванні анізотропних матеріалів (магнієві та алюмінієві деформівні сплави). Наявність бокових зрізів у зламі, як і сам скісний злам, є ознакою макров’язкого руйнування. Максимальна реалізація пластичності матеріалу в зоні руйнування при розтягуванні призводить до утворення повністю конічного зламу (рис. 1.4., д), характерного для дуже пластичних матеріалів (свинець, чистий алюміній, електролітична мідь).

а	б	в	г	д

а – пряма; б, в – чашкова; г – скісна; д – конічна

Рис. 1.4. Схеми поверхонь руйнування різної орієнтації, одержані після розтягування циліндричних зразків

За ступенем шорсткості, блиском і кольором злами поділяють на кристалічні, волокнисті, волокнисто-стрічкові, волокнисто-лускаті, камінно– і фосфороподібні, нафталінові, оксамитові, блискучі, тьмяні, сірі, чорні тощо. Відмінність за кольором є однією з характерних ознак зламів, пов’язаних з будовою, умовами випробування і ступенем легованості сталі. Вуглецеві сталі мають сріблястий колір зламу, нікелеві — світло–сірий, а Манган надає зламові характерного тьмяно–сірого кольору.