11.5.7.Схема Иоффе перехода из хрупкого

впластичное состояние

Переход из хрупкого состояния в пластичное А.Ф. Иоффе объяснил на основе сопоставления температурных зависимостей хрупкой прочности и напряжения начала пластической деформации, т.е. сопротивления отрывом Sот и предела текучести tт соответственно (рис. 11.44). Величина Sот слабо

зависит от температуры, тогда как предел текучести tт при нагреве материала резко падает. Температура пе-

процессе испытания сначала достигается tт и идет пластическая деформация, а только потом происходит разрушение, которое в этих условиях обычно вязкое.

Схема Иоффе применима при рассмотрении поведения макрообразца и не учитывает локальной концентрации напряжений у вершины движущейся трещины. Если напряжения здесь значительно превзойдут предел текучести, то развитие трещины будет сопряжено с пластической деформацией, и работа этой деформации может оказаться настолько большой, что в соответствии с критерием Гриффитса трещина уже не сможет распространяться как хрупкая. Поэтому для того, чтобы ниже Тх действительно происходил переход из пластического состояния в хрупкое, необходима достаточно резкая температурная зависимость tт (кривая 1 на рис. 11.44). Тогда ниже Тх даже у вершины трещины напряжения не превзойдут tт. Если же предел текучести в условиях испытания слабо зависит от температуры (кривая 2 на рис. 11.44), то перехода из пластичного состояния в хрупкое наблюдаться не будет.

119

У материалов с резкой температурной зависимостью предела текучести обычно наблюдается и сильная чувствительность tт к скорости деформации: увеличение скорости вызывает рост предела текучести (кривые 1 и 1' на рис. 11.44). Это также способствует хрупкому разрушению, поскольку повышает Тх. Скорость пластической деформации вблизи вершины трещины близка к скорости ее движения. Известно также, что с увеличением скорости деформации напряжение течения растет. Так как при хрупком разрушении скорость движения трещины велика, предел текучести у вершины хрупкой трещины оказывается выше, чем у вершины вязкой трещины. В результате перед быстро движущейся трещиной пластическая деформация затруднена, работа ее мала, и трещине легче распространяться как хрупкой.

Внекоторых случаях охрупчивание материала происходит при повышении температуры. Причинами этого могут быть старение, упорядочение, оплавление легкоплавких составляющих по границам зерен (красноломкость) и др. На температурных зависимостях показателей пластичности иногда наблюдается по несколько «провалов» пластичности, каждый из которых имеет свою природу.

11.5.8.Особенности охрупчивания ОЦК металлов

Вслучае ОЦК металлов, которые, несмотря на их хладноломкость, удается деформировать «теплой» или холодной прокаткой, пластифицировав с помощью металлургических и технологических приемов, охрупчивание нередко происходит в результате отжига, температура которого оказывается достаточно высокой для развития рекристаллизационных процессов. В частности, такая ситуация характерна для листовых малолегированных сплавов на основе молибдена, применявшихся в качестве конструкционных материалов

вкосмической технике.

Растворимость примесей внедрения в кристаллической решетке Мо существенно растет с усилением ее дефектности по мере пластической деформации, поскольку, располагаясь вблизи дислокаций, примесные атомы частично компенсируют искажения, вносимые в решетку этими дислокациями, и тем самым способствуют

120

снижению ее энергии. Поэтому с помощью пластической деформации матрицы удается постепенно раздробить и растворить частицы фаз внедрения (карбиды, нитриды, оксиды), сохраняющиеся в полуфабрикате после плавки. Однако при заключительной термообработке полученных листов, проводимой как для снятия деформационного наклепа, так и в порядке имитации условий работы конструкции, кристаллическая решетка Мо совершенствуется, что влечет за собой уменьшение растворимости в ней примесей внедрения. В результате происходит выделение оксикарбонитридных фаз, частицы которых располагаются по границам зерен и резко усиливают склонность листа к хрупкому разрушению в условиях нагружения.

Кроме того, вследствие образования мелкодисперсных выделений фаз внедрения на плоскостях скола {001} рекристиллизованные листы молибденовых сплавов, в текстуре которых преобладает компонента {001}<011>, обнаруживают так называемую 45о- хрупкость. Она состоит в том, что при попытке согнуть лист под углом 45о к направлению прокатки по линии его изгиба сразу происходит разрушение, тогда как при других направлениях изгиба разрушение происходит не столь легко.

11.5.9. Некоторые возможности методов физического металловедения при изучении процессов разрушения

Исторически теория разрушения начала развиваться в рамках механики сплошных сред, и только на протяжении последних десятилетий стали появляться многочисленные работы, в которых рассмотрение процессов разрушения проводится преимущественно под углом зрения, характерным для физического материаловедения. Этому в значительной мере способствовало развитие экспериментальных методов растровой электронной микроскопии1 и микроспектрального анализа2. Растровая электронная микроскопия позволяет изучать морфологию поверхностей и, в частности, поверх-

1Физическое материаловедение. Т. 3. – М.: МИФИ, 2007. П. 9.5.3.

2Там же, п. 9.1.1.

121

вблизи вершины трещины должна формироваться текстура растяжения, отличающаяся от текстуры других участков образца, удаленных от вершины трещины и образующейся поверхности разрушения, а потому не претерпевающих столь же значительную пла-