ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Формирование продуктов фреттинга из "Количественная фрактография " Вместе с тем анализ причин разрушения деталей при эксплуатации и морфологии макрорельефа образцов показывает, -что в ряде случаев в отдельных зонах излома формируются продукты фреттинга в виде оксидов и частиц сферической формы. Впервые сферические частицы на поверхности трения при скольжении ответных частей свободной поверхности наблюдали Скотт и Милл [191]. В дальнейшем аналогичные частицы наблюдали при различных условиях трения, в той числе и при фреттинг-корро-зии [192]. [c.172] Важным выводом из предложенной модели является то, что при отсутствии поперечного остаточного смещения берегов трещины (механизм К и) контактного взаимодействия ее берегов не происходит. Следовательно, в области развития трещины по механизму нормального раскрытия ее берегов, когда формируются усталостные бороздки (/ i), продукты фреттинга в изломе должны отсутствовать. [c.173] Коэффициент kb определяют экспериментально и для выявленных в исследовании минимальных частиц d = = 2,5 мкм) при пути скольжения 0,25 м составил Ю . При растяжении образца из титанового сплава эффект контактного взаимодействия берегов усталостной трещины был оценен путем измерения раскрытия трещины по результатам исследования излома [203]. Величину раскрытия трещины рассматривали как некоторую сумму смещений по механизмам I и II. В результате было получено соотношение между номинальным и эффективным размахами коэффициента интенсивности напряжений. [c.174] НИИ роста трещины перемычках между гладкими площадка -ми, напоминающими участки туннелирования трещины. Несмотря на небольшое увеличение снимков, приведенных в работе [204], отчетливо видно, что продукты фреттинга представляют собой неравномерно распределенные по поверхности сферические частицы. [c.175] Помимо этого, наличие сферических и цилиндрических частиц при асимметрии цикла нагружения 0,5 вообще исключает возможность возникновения контакта между ответными частями излома как явления, объясняющего природу их возникновения при росте трещины. Ориентировка осей цилиндров в направлении роста трещины исключает возможность сдвига материала при их формировании в направлении роста трещины (/Си), так как при этом оси частиц должны быть ориентированы только перпендикулярно направлению магистрального разрушения. Более того, модель не описывает и не может объяснить механизм формирования цилиндрических и тем более сферических частиц в изломе в результате развития усталостной трещины. [c.176] Таким образом, при объяснении природы формирования сферических частиц в случае развития усталостной трещины необходимо исходить не из особенностей контактного взаимодействия свободных поверхностей, а из механизмов пластической деформации металла в условиях неоднородного стеснения деформации, определяющего эффект микротуннелирования усталостной трещины. [c.176] Систематические исследования закономерностей появления продукции фреттинга в изломе образцов. и деталей в результате усталостных разрушений были проведены на алюминиевых сплавах. Установлено [208, 209], что продукты фреттинга формируются в изломе при различных видах нагружения, формах трещин и размерах образцов на всех стадиях стабильного роста усталостной трещины, включая стадию образования усталостных бороздок. Следует отметить, что в припороговой области разрушения они занимают большие по площади участки излома, так что переход к стадии образования усталостных бороздок макроскопически легко фиксируется по смене цвета излома. На начальной стадии разрушения излом темный, а при подавляющей доле продуктов фреттинга практически черный и далее приобретает светлый оттенок, что указывает на резкое уменьшение доли продуктов фреттинга в изломе. На начальной стадии роста трещины в припороговой области наблюдаются в основном продукты окисления материала в виде плотных пленок. [c.176] Первоначальное образование зоны контакта может быть результатом раскалывания материала по одной из плоскостей скольжения. Об интенсивных процессах скольжения в различных направлениях свидетельствуют выявленные в материале растрескивания по плоскостям скольжения, трещины и системы скольжения с языками экструзий. Геометрия трещин по плоскостям скольжения полностью согласуется со схемой распространения усталостной трещины в припороговой области Томкинса [195], но не по типу 1+П, а по типу III +1. [c.177] Помимо окисленных поверхностей излома с разрыхленными продуктами фреттинга, попадающими в соседние объемы разрушенного металла и декорирующими излом, выявлены частицы сферической и эллипсоидной формы, а также цилиндрические частицы. Частицы располагаются на перемычках между фасетками излома с псевдобороздчатым рельефом излома и вытянуты в направлении развития усталостной трещины (рис. 85,а). Аналогичные частицы наблюдаются в зоне развития усталостной трещины путем формирования усталостных бороздок (рис. 85,6). [c.177] Для объяснения эффекта формирования частиц различной формы в усталостном изломе в процессе развития трещины были исследованы образцы из сплава АВТ, испытанные путем изгиба с вращением, и плоские образцы с несквозной трещиной из сплава АКб, испытанные при двухосном растяжении-сжатии. В образцах выращивали усталостную трещину на небольшую глубину, а далее образцы искусственно доламывали. В результате возникала возможность увидеть элементы рельефа непосредственно в вершине трещины, сформировавшейся за последние несколько циклов нагружения к моменту долома образца. Установлено, что в зоне вытягивания, соответствующей пластическому затуплению материала при доломе образца, и в зоне долома сферические и иные частицы отсутствуют. У основания зоны вытягивания (непосредственно в вершине трещины) частицы также отсутствуют. [c.178] Таким образом, в общем случае помимо разрушения сдвигом или в результате развития трещины под совместным воздействием сдвйга и отрыва соединение туннелей может происходить за счет ротационной-пластической деформации материала в перемычке с последующим образованием несплошности по границам формирующейся полосовой дислокационной структуры. [c.182] Особый интерес с точки зрения механизма формирования сферических частиц представляет анализ их структуры и состава [208]. Применение методов микро-рентгеноспект-рального анализа с использованием приставок к растровому электронному микроскопу показало, что исследуемые частицы не отличаются от основы сплава и не имеют особенностей в виде избытков легирующих элементов. Измерение твердости частиц, представляющих собой сплошной материал, показало, что она выше по сравнению с основным материалом более чем в 1,5 раза. Измеряли твердость самых крупных из наблюдавшихся частиц — около 10 мкм. [c.182] Расположение частиц в лунках основного материала и значительно большая твердость их по сравнению с основным материалом не противоречат представлению о том, что они формируются при обкатке первоначально сформировавшихся цилиндрических частиц. Процесс обкатки сопровождается упрочнением материала вещества за счет пластической деформации, что подтверждается результатами металлографического исследования и измерения микротвердости. Состав продуктов фреттинга, а также материала остальной поверхности излома изучен на Оже- спектрометре LAS-2000 (фирма Рибер , Франция) с коаксиальной электронной пушкой и анализатором электронов типа цилиндрическое зеркало с разрешением Д / 0,3% при остаточном давлении (1,3—2,6) 10 Па [208]. Ток пучка Электронной пушки составлял около 5 10 А, энергия первичного пучка 3 кэВ, диаметр несколько микрометров. Режим изображения излома во вторичных электронах позволял выбрать для исследования участок поверхности размером несколько квадратных микрометров. [c.182] Таким образом, в процессе развития усталостной трещины при формировании продуктов фреттинга и значительной анизотропии прочностных свойств материала определяющую роль в разрушении материала играет механизм продольного сдвига (/Сщ). Туннелирование трещины на макро-и микроуровне создает предпосылку для продольного роста ее по отношению к магистральному при соединении перемычек между туннелями. Продольный сдвиг материала в процессе роста трещины является вполне закономерным в про-цесде испытаний образцов на растяжение. Незначительные отклонения в параллельности плоскостей, помещаемых в захваты машины, вызывают появление крутящего момента в плоскости образца. Последнее способствует возникновению продольного сдвига и, как следствие, развитию трещины на отдельных участках в продольном направлении, а также возникновению ротаций в материале и формированию сферических частиц. [c.187] Сферические частицы играют двойную роль в процессе роста усталостной трещины. В перемычке, где они располагаются, частицы служат промежуточным телом, способствующим облегченному взаимному перемещению ответных частей излома. Однако, располагаясь в углублениях основного материала, они имеют ограниченное перемещение и тем самым препятствуют раскрытию трещины. Поэтому в условиях развитого процесса формирования сферических частиц на всех этапах роста трещины ее раскрытие не может характеризовать скорость роста усталостной трещины. Формирование сферических частиц является в локальных зонах материала высоко энергоемким процессом. Увеличение площади поверхности вдоль фронта трещины, подверженной процессу формирования сферических частиц, будет в большей степени способствовать поглощению энергии цикла нагружения на задержку развития трещины. Поэтому с точки зрения управления процессом разрушения материала и поиска возможных путей рассеяния подводимой извне энергии необходимо создавать специальные условия, при которых в плоскости развивающейся трещины будут возникать продольные перемещения ее берегов, создавая условия для возникновения процесса формирования сферических частиц. [c.187] Вернуться к основной статье