Втомний злом

При дослідженні втомних зломів можуть спостерігатись всі елементи мікрорельєфу крихкого і в’язкого руйнування.

До особливостей мікрорельєфу втомного злому відносяться втомні боріздки та тракові сліди. Поверхню втомного руйнування досліджують з урахуванням особливостей макробудови втомного злому, який характеризується наявністю зон втомного розвитку тріщини, перехідної і зоні долому. Вивчення останніх двох зон дозволяє отримати інформацію про характер руйнування і співвідношення внеску, в його розвиток різних мікромеханізмів (крихкого, в’язкого).

Дослідження втомної зони проводять з урахуванням характерних особливостей її будови і в першу чергу втомних бороздок. Втомні бороздки являють собою систему заглиблень і виступів, які повторюються, орієнтованих перпендикулярно до напрямку розвитку тріщини, і є слідом її переміщення за кожний цикл навантаження. Втомні бороздки не виявляються в зоні втомного руйнування, а перемежуються з ділянками основного мікрорельєфу. Помітний впив на її утворення мають надавати умови проведення дослідів (вологість атмосфери, вакуум, можливість корозії та ін.). Відстань між бороздками корелює (в середньому діапазоні значень) зі швидкістю розвитку тріщин та умовами навантаження.

Розрізняють два типи боріздок: в’язкі і крихкі (рис. 4.6).

Рис.4.6 Мікрофрактограми утворення зломів квазісколу

(х6000; зменшено в 2 рази): 1 – гребінь, 2 – щаблі, 3 – ямки.

Основними ознаками зломів з крихкими бороздками є східці (тераси), які розташовуються веєроподібно, розділяючи області крихких втомних борозд на окремі короткі ділянки. Крихкі бороздки зустрічаються рідко, як правило, на зломах високоміцних алюмінієвих сплавів, а також при корозійному впливі.

Одна половинка злому крихкого втомного руйнування є негативним відображенням іншої, а в’язкого – дзеркальним.

Згідно Форсайту, бороздки, утворюються по схемі І (рис. 4.7), відносяться до типу крихких, по схемі ІІ – до типу в’язких.

По Лаерду та Сміту (рис.4.7 ІІІ), „загострена” в стиснутій частині циклу тріщина розкривається під час розтягу, а пластична деформація, яка розвивається у вершині тріщини, ініціює її розповсюдження в напрямку максимальних зсовуючих напруг.

Область пластичних деформацій переміщується в площині тріщини, при наступних циклах стискування відбувається розгалуження вершини тріщини.

Тракові сліди (рис.4.7 д, е) – характерний елемент мікрорельєфу втомного руйнування, який утворюється при дотику протилежних поверхонь руйнування як результат дії твердих складових або частинок включень на поверхні злому, які доторкаються.

Тракові сліди розташовуються в напрямку, який співпадає з напрямком розповсюдження тріщин, що може бути використано при аналізі втомних зломів.

Часто в структурі втомних мікрозломів спостерігають рівні ділянки без будь-якого характерного рельєфу, утворення яких пов’язують з руйнуванням шляхом відриву в площинах ковзання, послаблених дією змінних напруг.

Зерно в сталі

При нагріві сталі після досягнення температури нижньої критичної точки починається утворення аустеніту, яке завершується при температурі верхньої критичної точки.

а б

в г

д е

Рис. 4.7 Мікрофрактограми і схеми втомних руйнувань:

І, ІІ - по Форсайту; ІІІ – по Лаерду і Сміту; а – крихкі втомні бороздки; б, в, г – в’язкі втомні бороздки, д, е – траковий слід

Розмір аустенітних зерен після закінчення поліморфного перетворення характеризує величину початкового зерна. Подальший нагрів чи витримка призводить до росту аустенітних зерен.

Розрізняють два типи сталей: наслідкову дрібнозернисту і наслідкову крупнозернисту. Перша відрізняється малою швидкістю росту аустенітного зерна при нагріванні, друга - підвищеною. Повільний ріст зерна при нагріві в області температур нагріву при термічній обробці є наслідком багатьох факторів.

Найбільш суттєвим можна вважати бар’єрну дію тонкодисперсних частинок окислів та нітридів. Розташовуючись переважно по границям зерен, вони перешкоджають їх росту. При температурі вище температури їх розчинення усуваються перешкоди для росту зерен, і подальший нагрів викликає посилений ріст зерна. В результаті може виявитися, що зерно наслідково-дрібнозернистої сталі буде крупніше, ніж у наслідково-крупнозернистої. Так як в структурі наслідково-крупнозернистої сталі немає частинок, які стримують ріст зерна, він починається відразу ж після закінчення поліморфного перетворення.

Таким чином, під наслідковою зернистістю розуміють властивість зерна аустеніту до росту при нагріві сталі. Розмір зерна, отриманий при конкретній термічній обробці, називається дійсним. Більшість фізико-механічних властивостей зумовлюються тільки дійсним зерном.

В металографічній практиці широкого розповсюдження набув метод візуальної оцінки величини зерна. Він заключається в тому, що мікроструктура, розглядається по набору стандартних мікрофотографій (рис. 4.8)

Умовний номер відповідає числу зерен, що припадає на 1 мм² поверхні мікрошліфа.

Рис. 4.8

В зв’язку з тим, що в площині шліфу зустрічаються зерна не одного розміру, площа зерна коливається в межах 40000 - 50000 мкм². При збільшенні в 100 разів на площі 10 см² видно від 1 до 2,4 зерна. Зменшення розміру зерна на 1 номер по шкалі відповідає зменшенню в двічі площі зерна або кількості зерен на 1 мм².

На рис. 4.9 представлена номограма, яка пов’язує середній діаметр зерна, число зерен, що припадає на 1 мм² шліфа, і номер зерна. Для сталей аустенітного, феритного та інших класів існують спеціальні шкали.

Рис.4.9 Номограма, що зв’язує середній розмір

зерна з кількістю зерен на 1 мм² і номером зерна на шкалі

Шкали широко застосовуються при масових контрольних дослідах, або при одиничних вимірюваннях, які не вимагають достатньої точності. При цьому використовують пристрій, який являє собою приставку до окуляру мікроскопу, яка складається із спеціальної пластинки. На ній послідовно сфотографовані номери шкали розмірів зерен, причому фотографії займають тільки половину площі зору. Друга половина прозора, і через пластинку видна структура. Спостерігаючи її й пересуваючи пластинку, оцінюють ідентичність розмірів зерен структури й шкали, тобто встановлюють номер зерна.