close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Документ Microsoft Word

код для вставки
3. Основы теории
При использовании керамических материалов в энергетических,
газотурбинных и других тепловых установках современной техники
основным фактором, определяющим их практическую пригодность, является
прочность в заданных условиях эксплуатации. Причём рассеяние
прочностных характеристик крайне ограничивается и большое значение
придаётся воспроизведению свойств от изделия к изделию. Керамику,
отвечающую таким требованиям, не обязательным для всего класса
конструкционной керамики, в литературе выделяют под названием
«машиностроительная
Среди физических методов изучения связи механической прочности
материала с его составом и структурой особое место отводится
исследованию поверхностей разрушения (изломов), поскольку излом
наиболее чётко отражает строение и свойства материала в локальном объёме,
в котором протекает процесс разрушения. В ряде случаев эксплуатационных
разрушений и повреждений только по излому можно сделать заключение о
характере и причинах разрушения или аварии.
Для поверхности изломов образцов, испытанных на растяжение,
характерны три зоны: а) волокнистая зона, б) радиальная зона, в) зона долома
(рис.1).
Рис 1. Схема строения зон излома цилиндрического образца с кольцевым надрезом для испытаний
на растяжение. 1-поверхность надреза; 2-радиальная зона; 3-волокнистая зона; 4-зона залома
Волокнистая зона: эта зона отвечает области медленного роста
трещины. Она расположена на периферии излома и окружает очаг
разрушения, который обычно находится на оси растяжения или рядом с ней.
Эта зона состоит из области случайно расположенных волокон или из серий
тонких круговых борозд. Борозды расположены перпендикулярно к
направлению распространения трещины – от очага разрушения к периферии
образца.
Радиальная зона: при переходе трещины от медленного роста к
быстрому или нестабильному её распространению образуются радиальные
рубцы, которые совпадают с общим направлением распространения
трещины. Эти расходящиеся рубцы начинаются либо от периферии
волокнистой зоны, либо от самого очага разрушения (при непосредственном
нестабильном распространении трещины). Точкой, в которой сходятся
радиальные рубцы, является очаг разрушения. Эти рубцы могут быть
тонкими или грубыми в зависимости от микроструктуры материала или
температуры испытания. В ряде случаев радиальная зона может составить
полную поверхность излома, такой внешний вид излома указывает на
чрезвычайную хрупкость материала. Зона долома: она состоит из ровного
кольцеобразного участка, смежного со свободной поверхностью образца.
Кроме указанных, в терминологии описания поверхностей изломов
используют понятия: линии остановки фронта трещины (линии усталости),
бороздки (они характерны для усталостных изломов), храповидный узор
(результат многоочагового разрушения), вторичные трещины и др.
Разрушение часто начинается от различных внутренних нарушений
сплошности структуры материалов. К таким нарушениям относятся закаты и
волосовины в горячедеформированном материале, усадочные раковины и
газовые пузыри в литых изделиях, горячие трещины, включения, сегрегации
примесей и непровары в сварных швах.
Характерными элементами вязкого разрушения, которые чётко видны
при очень больших увеличениях, являются ямки. Их образование вызвано
соединением микропор.
Одним из важнейших вопросов в исследовании поверхностей
разрушения является определение очага разрушения, т. к. точное
определение месторасположения очага разрушения может показать, что же
явилось причиной разрушения. Такое определение производится путём
изучения рельефа поверхности излома. При всех типах быстрых или
катастрофических разрушений на поверхности изломов образуются рубцы,
которые указывают направление роста трещины. Радиальные рубцы,
например, перпендикулярны фронту трещины и таким образом исходят от
очага разрушения. Вершины V-образных шевронных узоров направлены в
сторону, противоположную направлению распространения трещины, т.е. их
вершины указывают то направление в котором можно найти очаг
разрушения. Обычно очаги разрушения находятся на свободных
поверхностях деталей, чему способствуют наличие концентраторов
напряжений, изгибающие или крутящие нагрузки, а также агрессивная среда.
Вывод о том, что очаг разрушения находится в подповерхностном слое,
следует делать осторожно (за исключением изломов, возникших в результате
наличия подповерхностных дефектов или включений), после тщательного
изучения поверхности детали.
Развитие разрушения. Многие типы изломов, в том числе большинство
эксплуатационных, образуются в результате разрушения, протекающего в
следующей последовательности: зарождение трещины, субкритическое её
подрастание (благодаря развитию вязкой трещины, усталости, коррозионного
растрескивания и т.д.) и быстрый долом, когда несущая способность
оставшегося поперечного сечения перестаёт соответствовать приложенной
нагрузке. В результате развития процесса разрушения на поверхности излома
остаются
характерные
следы,
которые
дают
возможность
квалифицированному исследователю обнаружить месторасположение очага
разрушения, определить направление распространения и вид фронта
трещины, а также различить зону долома. Эта информация может помочь
при определении величины действовавших напряжений и условий,
приведших к образованию излома.
Результаты анализа поверхностей разрушения керамических изделий
показали, что керамические изломы по характеру разрушения можно условно
подразделить на две основные группы.
К первой группе отнесены макроизломы с неоднородной поверхностью
разрушения, состоящей из двух зон. Зоны постепенного развития трещины,
обладающей небольшой шероховатостью и зоны так называемого
«мгновенного» долома, состоящей из ориентированно направленных рубцов
и ступеней. Образцы, обладающие подобным видом излома, показывают
невысокую прочность (рис. 2).
Рис 2. Первая группа изломов.
К первой группе отнесены и макроизломы с большими, плоскими
поверхностями разрушения, обладающими небольшой шероховатостью
(рис.3)
Рис 3. Первая группа изломов
Образцы с подобным видом излома показывают несколько большую
прочность по сравнению с образцами, показанными на рис. 2.
Вторая группа макроизломов характеризуется грубой веерообразной
структурой поверхности излома (рис. 4). Развитие трещины, по-видимому,
происходило в разных плоскостях, скачкообразно, результатом чего явилось
веерообразные ступени, ведущие к зоне долома, состоящей из более грубых
разориентированных ступеней и рубцов. Образцы с подобной поверхностью
излома показывают довольно не плохую прочность.
Рис 4. Вторая группа изломов
К этой же группе изломов отнесены макроизломы с развитой
поверхностью разрушения, характеризующейся большим количеством
разноориентированных мелких рубцов, бороздок и ступенек (рис.5). Образцы
с подобной поверхностью разрушения обладают наибольшей прочностью.
Рис 5. Третья группа изломов
Растровая электронная микроскопия. Основные типы рельефа
разрушений, выявляемые с помощью РЭМ, представлены на рис. 6–8.
Рис 6. Очаг разрушения и часть зоны нестабильного
распространения трещины
Рис. 7. Зона нестабильного распространения трещины
На рис. 6 показан очаг разрушения и часть зоны нестабильного
распространения трещины (3НРТ). 3НРТ характеризуется небольшими
фасетками скола (расщеплениями), радиально расходящимися от очага
разрушения. Очагом разрушения является пора, внутри которой видны
неспёкшиеся частицы исходного порошка.
На рис. 7 представлена 3НРТ, характеризующеяся наличием фасеток
скола, которые представляют собой расщепления плоскостей, вдоль которых
происходит распространение трещины. Такой вид поверхности разрушения
характерен для прочных и очень хрупких материалов.
На рис. 8 показана зона долома, состоящая из вытянутых рубцов и
гребней, свидетельствующих о наличии в микроструктуре вытянутых
макрозёрен.
Рис 8. Зона долома.
Автор
kop.sanya2015
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
1 000 Кб
Теги
word
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа