Крихкий злом

Крихке руйнування металів супроводжується формуванням у зломі поверхні внутрішньозернистого сколу у вигляді фасеток сколу, які утворилися в результаті руйнування зерна по кристалографічним площинам з мінімальною пластичною деформацією. Фасетки сколу реальних полікристалічних металів представляють собою неідеально гладкі поверхні, які спостерігаються при руйнуванні монокристалу, і характеризуються певною структурою. При крихкому руйнуванні відповідно числу місць зародження тріщини скол розповсюджується одно-часно в декількох близько розташованих площинах (пло-щинах спайності).

Розрив проміжків між цими площинами при з’єднанні двох поверхнонь сколу, розташованих на різних рівнях, призводить до утворення східців. Східці можуть з’являтись у результаті сколу вздовж границь двійників. Система границь східців сприймається як струмковий візерунок (рис.4.1).

Щабелі сколу завжди розташовуються в напрямку розповсюдження тріщин. Паралельна орієнтація східців на всіх фасетках сколу вказує на неперервний хід фронту тріщини. На вид струмкового візерунку, його розгалу-женість впливає мікроструктура. Границі зерен можуть змінювати напрямок руйнування сколом або служити джерелом зародження нових тріщин. Перетин субграниці або границі зерен з малим кутом розорієнтировки криста-лографічних площин характеризується появою багато-численних струмків.

Рис. 4.1. Мікрофрактограми крихкого внутрішньозернистого руйнування

Типовим елементом мікрорельєфу руйнування сколом є язички, які характеризуються трикутною або трапецієвидною формою (рис.4.2). Правильність розташу-вання язичків, які перетинають площину сколу в двох взаємоперпендикулярних напрямках, свідчить про їх зв’язки з певною кристалографічною площиною.

Формування язичків орієнтованих вгору або в глибину від площини основного сколу, є результатом локального руйнування вздовж поверхні матриця-двійник. Кількість язичків збільшується при швидкому розповсюдь-жені тріщини (високих швидкостях навантаження, низьких температурах). Язички і східці входять один в одного на двох спряжених поверхнях руйнування.

Рис. 4.2. Мікрорельєф злому при руйнуванні сколом з утворенням язичків

В’язкий злом

Мікроскопічно в’язке руйнування спостерігається, коли деформація, яка передує руйнуванню, досить велика і відбувається в значному об’ємі. Основним елементом мікрорельєфу в’язкого руйнування є ямки, які являють собою мікрозаглиблення на поверхні злому, формування яких характеризується повільним ростом тріщини і значною пластичною деформацією. Утворення ямок зумовлено виникненням локальних джерел руйнування (мікропустот), їх ростом і злиттям (коалесценцією) по нормальному, зсувному і відцентровому механізму. Різним умовам коалесценції мікропустот відповідають різні форми ямок (рис. 4.3). Різноосні ямки утворюються в результаті рівномірного об’ємного розтягу в умовах нормального відриву. При однократному відцентровому додаванні розтягуючого навантаження відбувається утворення параболічних витягнутих ямок, направлених в одну сторону по спряжених поверхнях руйнування зразка.

В умовах дії дотичних навантажень при коалесценції мікропустот по схемі зсуву утворюються витягнуті парабо-лічні ямки, але зорієнтовані на спряжених поверхнях злому в протилежних напрямках.

а) б)

в)

Рис.4.3. Ямочний мікрорельєф злому в умовах нормального (а), відцентрового (б), зсувного руйнування (в).

Орієнтованість ямок спостерігається практично в усіх зломах. Вона не завжди може співпадати з напрямком макроруйнування, оскільки відображає напрямок розвитку руйнування в даному мікрооб’ємі. У литих матеріалах орієнтованість ямок може спостерігатись у зв’язку з орієнтованістю макроструктури, обумовленою напрямком кристалізації. На дні ямок можуть спостерігатись частинки неметалічних включень іншої фази або їх сліди у вигляді заглиблення відповідної форми (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Фрактограми ямок з неметалічними включеннями

(× 7000; зменшено в 2 рази).

Присутність цих частинок є однією з умов утворення ямкового рельєфу злому. Збільшення кількості виділення в матеріалі призводить до росту числа центрів зародження мікропустот та зменшення розмірів ямок. Не рідко можна спостерігати і ямки, форма яких зв’язана з формою включень. Наприклад, у вуглецевих сталях витягнута форма сульфідних включень сприяє утворенню в місцях їх скупчень витягнутих жолобоподібних ямок. Включення округлої форми, розташованих ланцюгом утворюють направлений ряд ямок. У залежності від ступеня когезії частинок з матрицею руйнування може йти або по поверхні частинка-матриця або по частинці.

У першому випадку у фокусі ямок спостерігається ложе (місця розташування частинок) або сама частинка, в другому – ознаки її крихкоруйнування. Глибина ямок визначається властивістю матеріалу до локальної пластич-ної деформації, а розміри – гетерогенністю структури і відстанню між локальними джерелами мікропустот.

Для високоміцних матеріалів характерна значна кількість невеликих ямок у зломі, для маломіцних – мала кількість великих ямок. Дрібні, але достатньо глибокі ямки свідчать про сприятливе поєднання високої міцності і в’язких характеристик матеріалу. У ряді випадків на поверхнях в’язкого руйнування спостерігаються великі ямки, оточені дрібними (рис. 4.5 а, б). Такий мікрорельєф відображає певну послідовність руйнування: первинне утворення надривів у великих мікроконцентраторів навантажень, вторинне – у більш дрібних. Неоднорідність ямкового рельєфу може бути пов’язана також з структурною неоднорідністю матеріалу.

Утворення ямкової структури зломів має місце не тільки при макропластичному руйнуванні матеріалів. Вона може спостерігатись у будь-якому із зломів, відображаючи мікромеханізм руйнування пластичних мікрооб’ємів. При в’язкому руйнуванні, поряд з мікрорельєфом ямкової будови, зустрічаються поверхні гладкого розслоєння, які являють собою гладкі, безструктурні ділянки, якщо не враховувати більшої або меншої хвилястості поверхні (рис. 4.5 в, г, д, е). Утворення таких поверхонь пов’язано з інтенсивною попередньою пластичною деформацією і більш швидким, у порівнянні з ямковим руйнуванням, розповсюдженням тріщин.

а) б)

в) г)

д) е)

Рис. 4.5. Мікрофрактограми в’язкого руйнування:

а, б – ямки; в, г, д, е – поверхні гладкого розслоєння (х 6000, зменшено в 2 рази)

Поверхні гладкого розслоєння спостерігаються частіше всього в умовах, коли число частинок, здатних викликати утворення мікропустот матеріалів мале, але деформація матеріалу, яка передує руйнуванню, дуже велика, і руйнування відбувається головним чином в результаті зрізу.