Макроскопический метод исследования изломов (96

Цель работы – освоить макроскопический метод исследования изломов, визуально и с использованием бинокулярного стереоскопи- ческого микроскопа.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Изломы изучают для выявления причин и характера разрушения объектов техники, природы, а также для оценки качества материалов.

Совокупность правил и экспериментальных приемов изучения изломов составляют содержание метода фрактографии. Этот метод в настоящее время относят к научной дисциплине, находящейся на стыке материаловедения и механики разрушения. Материаловедение изучает качество материалов и механизмы разрушения образцов, деталей, технических сооружений, механика разрушения – силовые и энергетические критерии разрушения, характеризующие конструкционную прочность названных объектов.

Разрушение, требующее на единицу площади излома большой работы, называют вязким, малой работы – хрупким. В инженерной практике в противоположность хрупкому разрушению рассматривают пластическое разрушение. В качестве основных критериев вязкого и хрупкого разрушения принимают признаки пластической деформации части детали (образца), смежной с изломом, и ориентацию участков излома по отношению к направлению разрушающей силы или к характерным направлениям в объекте (табл. 1). Отсутствие признаков пластической деформации в части детали, смежной с изломом (рис. 1, à), принимают за хрупкое разрушение, а их наличие (рис. 1, á) – за пластическое.

3

Ðèñ. 1. Внешний вид смежных с изломом частей деталей при хрупком (à) и пластическом (á) разрушении

Если участок излома или весь излом имеет ориентацию «косой» или «срез», то это считается признаком пластического разрушения, если «прямой» или «отрыв» (рис. 2, à, á) – то признаком хрупкого разрушения.

4

Ðèñ. 2. Схемы наименования участков изломов по ориентации:

à– по отношению к продольному направлению в объекте (П);

á– по отношению к направлению разрушающей силы (Р)

Наличие на изломе губ среза или участков разрушения по поверхностям общего течения материала в пластическом шарнире (ПШ) [1] также принимаются за свидетельство пластического разрушения (губы среза (рис. 3, â, ã) наклонены к основной поверхности излома под углом примерно 45º; зона ПШ представляет собой выпуклость или ложбину (см. рис. 3, â), образующуюся, например, в конце распространяющейся от надреза трещины в ударных образцах из пластич- ных материалов). Шероховатость излома в зоне ПШ заметно меньшая, чем в волокнистой зоне.

Термины для характеристики макрорельефа излома обусловлены сходством его внешнего вида с некоторыми объектами, названия и внешний вид которых предполагаются известными [2]. Например, если макрорельеф излома напоминает поверхность разрушения гранита, его называют камневидным (ðèñ. 3, à); если проявляется сходство с поверхностью, усыпанной зернами различной формы и размеров, – зернистым (ðèñ. 3, á); макрорельеф называется волокнистым, если он образован поверхностями разорванных вытянутых зерен (рис. 3, â, ã).

Термины «волокнистый» применительно к излому и «волокнистая» применительно к структуре деформированных полуфабрикатов по смыслу совершенно различны. Волокно на изломе в среднем перпендикулярно его поверхности. На волокнисто-полосчатом изломе в дополнение к волокну на изломе видна полосчатость, связанная с исходной волокнистой структурой деформированных полуфабрикатов (поверхности расслоений, отмеченных стрелками (см. рис. 3, ã), проходят по границам волокна в полуфабрикате, в среднем перпендикулярным основному излому отрывом).

5

Ðèñ. 3. Макрорельефы образцов, испытанных на ударную вязкость:

à – камневидный; á – зернистый; â – волокнистый с пластическим шарниром (ПШ) и губами среза (с); ã – волокнистый с расслоениями (отмечены стрелками) и губами среза (с) (т – предварительная усталостная трещина). х4

Излом называют шевронным за сходство основного узора на его поверхности с шевроном (рис. 4).

Ðèñ. 4. Шевронный излом листа углеродистой стали

6

Усталостной части на макроизломе обычно соответствует участок с концентрическими линиями – макрознаками усталости (рис. 5).

Ðèñ. 5. Излом зубьев шестерни. Дуга между крайними стрелками ограничивает зону стабильного роста усталостного разрушения отрывом

Ðèñ. 6. Излом с участками разной шероховатости и с различным рельефом

Место на изломе, где произошло зарождение трещины, называют

очагом разрушения.

При анализе фактов рекомендуется пользоваться терминами, приведенными в табл. 2.

7

Таблица 2

Термины, характеризующие изломы, причины, характер и стадии разрушения по результатам анализа

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Порядок выполнения работы

1.Макроанализ изломов проводят на серии образцов, испытанных на растяжение, ударную вязкость и вязкость разрушения. Материал образцов может быть различным.

2.Изучение изломов производится последовательно визуально, с помощью лупы и с использованием бинокулярного микроскопа ÌÁÑ-1.

3.Макрофотографирование производят цифровым фотоаппаратом, в том числе для фиксации отдельных подробностей строения излома, с использованием бинокулярного микроскопа МБС-1. Распе- чатку фотографий производят с помощью лабораторного компьютера, на котором установлена программа воспроизведения и печати цифровых фотографий.

Задание

1.Изучить фрактографические термины по табл.1, 2. Таблицы занести в лабораторный журнал.

2.Провести макроанализ предложенной преподавателем серии изломов лабораторных образцов и определить очаги разрушения и характеры рельефа разных зон изломов. Результаты анализа занести в лабораторный журнал.

8