20.01.2015

Макрофрактография

Если деталь или образец подвергается переменной нагрузке, находящейся ниже предела текучести, т.е. в зоне упругости, то могут возникать трещины, которые затем в ходе переменной нагрузки с возрастанием числа циклов нагружения проходят в поперечное сечение до тех пор, пока прочность в несущем остаточном поперечном сечении выше и последнее образует поверхность динамического излома. Макрофрактографически можно четко различать усталостный излом и остаточный излом (долом) чаще всего по его структуре. Поверхность усталостного излома имеет мелкозернистую матовую бархатистого вида структуру, тогда как остаточный излом обычно светлый, растрескавшийся.
Усталостные разрушения

Часто вокруг исходной точки поверхность усталостного излома пронизывают концентрически искривленные линии, которые становятся видимыми благодаря различной отражательной способности на поверхности излома. Речь идет о линиях скола (рис. 4.2.13). По поверхности усталостного излома можно, таким образом, определять ряд параметров. Так проявляются характер концентрации напряжения в надрезе, вызывающий образование трещин, а также вид и уровень напряжений, определяющих развитие трещин в изломе (рис. 4.2.14). В зоне возникновения трещин обнаруживаются чаще всего отдельные ступеньки.
Микрофрактография

В микрофрактографической картине усталостные изломы, которые вообще проходят транскристаллически, характеризуются более или менее ярко выраженными следами параллельных ручьев в зависимости от вида и состояния материала, причем речь идет о линиях усталости в отличие от линий скола (рис. 4.2.15). Эта характерная структура создается из механизма возникновения усталостного излома. Образование трещины вследствие циклических напряжений ниже предела текучести можно понять только из того факта, что в зоне упругости также происходят пластические деформации в структуре, которая отклоняется от упругого континуума (см. дислокации).
Такие деформации образуются в пиках напряжений, которые могут возникнуть из неоднородности различного порядка. Сюда относятся неоднородности, вызванные такими дефектами строения решетки, как, например, взаимодействующие дислокации, границы зерен, границы раздела фаз, включения, поры, а также геометрические надрезы, например шероховатости обработки, и, наконец, перепады поперечного сечения (см. рис. 3.1.12). Среди возникших там образований строятся локально концентрации напряжений по механизмам, описанным подробнее в разделе дислокаций, до тех пор, пока в этой зоне не возникает трещина. Таким образом, существует зависимость между трещиной, развивающейся частично при переменной нагрузке, и коэффициентом интенсивности напряжения К на пике трещины, выражающаяся формулой
Усталостные разрушения

где N — число переменных нагрузок; ΔK — величина перепада интенсивности напряжения в зависимости от амплитуды нагрузки.
Усталостные разрушения
Усталостные разрушения

Распространение трещин, следующее после достижения уровня концентрации напряжения, необходимого для разделения, образуется на линиях усталости (называемых также линиями излома). В зависимости от амплитуды нагрузки и материала образование линий усталости подчинено не одной смене нагрузки: совершенно понятно, что концентрация напряжения, необходимая для распространения трещины, строится лишь на нескольких сменах нагрузки. Связь между макрофрактографическими линиями разгрузки (линиями "отдыха") и лишь микрофрактографически появляющимися линиями усталости выражена в том, что усталостные линии подчинены развивающемуся по участкам фронту трещин, а линии разгрузки подчинены изменению в уровне нагрузки, коллективу переменных нагрузок.
На площади усталостного излома, непрерывно образуемого при равномерной высоте амплитуды смены нагрузки, не .видны линии разгрузки (рис. 4.2.16). Тот факт, что при механизме усталостного излома благодаря микропроскальзываниям локально создаются такие высокие концентрации напряжений, что преодолеваются силы сцепления, позволяет понять, что микроскопическое развитие излома происходит локально приблизительно в условиях плоского деформированного состояния. Выравнивание площади усталостного излома в направлении вызывающей его силы соответствует, таким образом, состоянию макрофрактографических площадей хрупкого излома. Макрофрактографически усталостный излом не показывает деформаций, т.е. по этому критерию можно его классифицировать как макрофрактографически не деформируемый излом.