Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Очаги разрушения

1. Дефекты, являющиеся очагами разрушений

Причиной разрушения нагруженных деталей часто является наличие внутренних или поверхностных несплошностей.

Несплошности - закаты, волосовины, трещины, пористость, включения и т. д. - служат очагами усталостного разрушения или коррозионного растрескивания, т. к., они одновременно увеличивают локальные напряжения и чувствительность к агрессивному воздействию окружающей среды.

Разрушение, зарождается или развивается на значительных дефектах, обычно сопровождается изменением структуры излома, формы и цвета поверхности. Так же разрушения обязательно дополнительно исследуется методами металлографического, химического, микрорентгеноспектрального и др. анализов.

Закаты прямолинейные, и как правило, проходящие через всё длину прокатной заготовки поверхностные дефекты в виде тонких трещин. Образуются при несоблюдении технологии прокатки.

На поперечных макрошлифах и микрошлифах видна характерная особенность заката - расположение его под острым углом к поверхности металла.

На микрошлифах характерный признак заката - это то, что конец не разветвлен и огибается волокном. Дефект заполнен окалиной, металл по его стенкам обезуглерожен. Часто имеется серповидный конец. Закаты выявляются при внешнем осмотре проката или при осадке образцов в горячем или холодном состоянии, контролируются методами неразрушающего контроля.

Волосовины могут быть внутренние и внешние. Дефект представляет собой скопление неметаллических включений, попадающих в металл (шлак, огнеупоры, утепляющие смеси, и ферросплавы и др.). В деформированном металле загрязнения вытягиваются вдоль направления деформации и образуют нитевидные дефекты называемые волосовинами. На продольных микрошлифах волосовины представляют собой строки неметаллических включений.

При разрушении в изломе на наличие заката или волосовины указывает плоский участок, который при визуальном рассмотрении выглядит чёрным или тускло-серым и не имеет рельефов разрушения. Такая область (участок) образовалась в результате отслаивания двух металлических поверхностей, находившихся в контакте, но не связанных (или плохо связанных) между собой.

Усталостное разрушение коленчатого вала. Очагом разрушения является волосовина (показана стрелками), находившаяся между краем детали, показанной иглой, и линией, обозначенной стрелками.

Рис. 1. - Усталостное разрушение щеки коленчатого вала от волосовины:

На рис. 2 показан закат в основании резьбы шпильки, образовавшийся во время накатки резьбы.

Закат послужил очагом коррозионного растрескивания, которое привело к разрушению.

Обе поверхности сильно окислены, что свидетельствует об образовании заката до термической обработки шпильки.

Термическая обработка проводилась на высокую прочность 1980 - 2070 Н/мм².

Рис. 2. - Закат в основании резьбы в шпильке (с), окисленные поверхности (d, c) 2040^Х:

Трещины. Причина образования исходной трещины и её размер, весьма важны при анализе эксплуатационных повреждений, для установления критической длинны трещины, по достижении которой начинается её нестабильный рост.

Чаще всего к эксплуатационным повреждениям приводят термические трещины, образующиеся под действием термических и фазовых напряжений. Поверхность трещины в изломе имеет, как правило, межкристаллический рельеф. Если трещина раскрылась в сторону наружной поверхности образца так, что в неё могут проникать воздух, вода и другие среды, то она обычно приобретает тёмный цвет, вследствие окисления.

Фрактограмма на рис. 3 показывает существовавшую в исходной детали трещину скола, которая росла из нескольких очагов и служила источником разрушения.

Включения. Несплошность в идее включений, таких как оксиды, сульфиды и силикаты могут инициировать усталостное разрушение, служить очагами зарождения вязкого разрушения и т. д. Причиной является то, что при относительно низких деформациях образуются микропоры либо в результате разрушения включений, либо вследствие их отделения от матрицы.

Рис. 3. - Трещина скола (а), продукты коррозии на поверхности разрушения (б):

Рис. 4. - Включение в изломе лопатки высокоскоростной турбины из алюминиевого сплава:

Где:

а - общий вид поверхности разрушения (видно крупное включение);

б - разделение материала поверхности раздела между матрицей и включением.

Пористость, т. е., наличие в металле мелких пустот или пор наиболее часто встречается в литом состоянии или в сварных соединениях, но надо помнить, что остаточная пористость от слитка может сохраняться и после ковки. Поверхности разрушения по участкам максимальной пористости характеризуется наличием большого количества мелких углублений или наличием участков, имеющих вид дендритной структуры. Поверхности разрушения по участкам значительной пористости выглядят «грязными» или «закопченными» из-за огромного числа мелких пор, похожих на чёрные точки.

К дефектам, являющимся очагами разрушения также относятся: ликвация, неоднородности по границам зёрен, неблагоприятная ориентировка зёрен.

2. Определение места расположения очага разрушения

Очень важно правильно определить место расположения очага разрушения, т. к., это позволяет установить, что же инициировало разрушение.

Рекомендации для определения очагов разрушения.

1. Направление, в котором расположено начало трещины всегда противоположно направлению её развития.

Рис. 5. - Взаимное расположение очага напряжения и разветвления трещины:

2. Если трещина встречается с другой трещиной под углом около 90є, это свидетельствует о том, что она возникла позже и очаг разрушения следует искать не на ней, а на трещине, образовавшейся ранее (правило Т-образного соединения).

Точное определение места нахождения очага разрушения обычно производится путём изучения рельефа поверхности излома. При этом учитывается характер материала детали, её термическую обработку и вид нагрузки.

При всех типах быстрых или катастрофических разрушений на поверхности изломов образуются рубцы, которые указывают направление роста трещины.

Рис. 6. - Схема использования правила Т - образного соединения трещин для определения месторасположения очага разрушения

Рис. 7. - Радиальные рубцы исходят от очага разрушения и указывают на его местонахождение:

Радиальная зона изломов прямоугольных образцов ширина которых значительно больше толщины имеют вид ёлочки или шеврона. Вершины V-образных шевронных узоров направлены в сторону, противоположную направлению распространения трещины, то есть вершины указывают то направление, в котором можно найти очаг разрушения.

Рис. 8. - Изломы образцов прямоугольного сечения при испытании на растяжение:

Где:

1 - толщина образца;

2 - очаг разрушения;

3 - волокнистая зона;

4 - радиальная зона;

5- зона среза.

Рис. 9. - Определение очага разрушения по линиям усталости (фронта остановки трещин):

Линии остановки фронта трещины также могут быть использованы как указатели месторасположения очага разрушения, подобно концентрическим кругам на поверхности воды, возле места падения камня.

Очаг разрушения находится на вогнутой стороне кривой линии фронта трещины.

Пример.

Усталостное разрушение зуба шестерни произошло из-за наличия на поверхности дефекта ковки.

Около очага усталостной трещины видны линии усталости. На некотором расстоянии видны ручьистые узоры, вызванные сколом.

Иногда плоская поверхность около очага разрушения непосредственно переходит в зону полного среза. На поверхности излома образуется треугольная область, которая указывает направление распространения трещины.

Обычно очаги разрушения находятся на свободных поверхностях деталей, чему способствует наличие концентраторов напряжений, а так же агрессивная среда.

Рис. 10, 11:

трещина алюминиевый сплав

В поверхностно упрочнённых деталях разрушение в зоне с высокой твёрдостью останавливается в более мягкой сердцевине.

В этих же деталях, подвергаемых изгибу или кручению очаг разрушения может возникнуть на границе раздела упрочнённый слой - сердцевина, в результате концентрации напряжений в местах больших перепадов прочности.

Рис. 12. - Зарождение трещин на границе раздела упрочненный слой - сердцевина:

Размещено на Allbest.ru