ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Зарождение и распространение трещин при развитии отпускной хрупкости из "Обратимая отпускная хрупкость стали и сплавов железа " Рассмотрим, как изменение поверхностной энергии межзеренного сцепления под влиянием межкристаллитной внутренней адсорбции примесей влияет на зарождение и развитие микротрещин на границах зерен в состоянии отпускной хрупкости. [c.135] Начнем с твердых растворов Ре - Р — С, а затем рассмотрим разрушение сталей, в котором существенную роль играет концентрация напряжений и деформаций у карбидных включений. [c.135] В соответствии с современными представлениями, зарождение трещин в металлах подготавливается предшествующей пластической деформацией, а основной механизм зарождения — слияние одноименных дислокаций в районе дислокационных скоплений. [c.135] Эти представления проверены экспериментально [173]. В первой серии опытов исследовали зависимость (е/ / ) для сплава Ре + 0,02 % Р, который после выращивания разных по размеру зерен был подвергнут окончательному отжигу (600РС, 2 ч) при температуре носа С-кривых охрупчивания. Разрушение при 77 К при растяжении в исследованном диапазоне размеров зерен было макроскопически хрупким [е =0, ф = 0) доля поверхности разрушения, занятая интеркристаллитными фасетками, составляла 80 %. Многочисленные неразвившиеся межзерен-ные трещины, видимые на поверхности бесструктурного излома [173], дополнительно свидетельствуют о зарождении разрушения на границах зерен. [c.137] Т для чистого железа и сплава Ре Р составляют (1,3-10 /а ) и (0,045 1 О /а ) мДж/м , соответственно. Таким образом, в результате введения в железо 0,02 % Р, обогащающего границы зерен, поверхностная энергия зарождения микротрещин снизилась в 30 раз. [c.138] Если выбрать постоянную а равной 3, чтобы значение у = Т.З-Ю /й для транскристаллитного разрушения было равно поверхностно энергии плоскости спайности (100) а-железа, составляющей 1450 мДж/м [1741, то для интеркристаллитного разрушения поверхностная энергия зарождения трещин составит 50 мДж/м , Это значение близко к удельной поверхностной энергии фосфора в элементарном состоянии, что указывает, по-видимому, на зарождение трещин на наиболее слабых границах, обогащенных фосфором до концентрации, близкой к монослою. [c.138] Вторая серия опытов по изучению влияния размера зерна на прочность границ зерен проведена на кремнистом железе (Ре + 2,5 % 81 + + 0,005 % С + 0,06 % Р), развитие отпускной хрупкости которого обусловлено, как показано [175] методом Оже-спектроскопии, зернограничной сегрегацией фосфора и происходит в интервале температур 500—550°С. Отжиг при более высокой температуре (650 С) снижает степень обогащения границ зерен и при последующем быстром охлаждении приводит к ослаблению хрупкости сплава. [c.138] Для крупнозернистых образцов, где двойникование предшествует скольжению и инициирует трещину, один из наиболее вероятнь1Х механизмов возникновения трещины — зарождение на границах зерен в месте встре границы с двойником. Очевидно, что в этом случае коэффициент 1 0 / чувствителен к изменению межзеренного сцепления при развитии отпускной хрупкости. [c.140] Действительно, из рис. 52 видно, что когда зарождение трещины происходит в результате двойникования, наклон прямых 2 для образцов в состоянии отпускной хрупкости заметно меньше, чем для вязких образцов, а электронная микроскопия [173] подтверждает, что разрушение при этом происходит преимущественно по границам зерен и связано с двойниками, атакующими границу. [c.140] Красов АЛ. Исследование низкотемпературного межзеренного разрушения сплавов железо — фосфор. Автореф. канд. дисс. Томск, 1980. [c.141] При анализе возможных причин перехода сплавов железа, клoкньtx к отпускной хрупкости, от транс- к интеркристаллитному разрушению с ростом размера зерна авторы [173] отмечают, что хотя с ростом зерна инициирование трещин на границах зерен двойникованием становится более вероятным, чем инициирование в зерне скольжением, само по себе зарождение микротрещин на границах зерен, атакованных двойниками, недостаточно для объяснения обсуждаемого эффекта. Дело в том, что соотношение транс- и интеркристаллитных участков роста магистральной трещины должно определяться соотношением значений вязкости разрушения пр телу и границе зерна [177], а от места зарождения исходной микротрещины зависеть не должно. Однако микроскопические наблюдения [173] позволяют предполагать, что межзеренное разрушение в твердых растворах Ре — Р происходит не вследствие роста единичной магистральной трещины, а в результате слияния системы микротрещин докритического размера, образованных независимо в местах встречи двойников с границами зерен. Возможно, что существенную роль в зарождении и объединении таких микротрещин играет аккомодационное зернограничное проскальзывание, стимулированное переходом двойника через границы зерен [173]. Понятно, что при таком механизме разрушения преимущественное зарождение микротрещин на границах зерен крупнозернистых образцов приводит к преимущественно межзеренному излому. [c.142] Кроме того, обнаружено, что даже в этом случае, когда процесс разрушения и на заключительной стадии идет по механизму зарождения и слияния пор димплов , развитие отпускной хрупкости, не изменяя предела текучести, вызывает заметное ( 15 %) уменьшение относительного су ения и снижение ударной вязкости на верхнем шельфе кривой перехода (71. [c.143] Фрактографическими исследованиями показано, что устойчивый рост исходной микротрещины происходит путем зарождения и слияния с ее вершиной пор, образовавшихся вблизи крупных неметаллических включений — сульфидов и более мелких карбидных частиц. Поэтому уменьшение критической деформации зарождения б приводит к примерно двукратному снижению вязкости разрушения J при 473 К. Оценки показывают, что для такого снижения достаточно уменьшить поверхностную энергию зарождения микротрещин за счет адсорбции фосфора на 30-40 %. [c.144] Таким образом, отпускная хрупкость представляет опасность не только в связи с повышением температуры перехода к хрупкому разрушению, но и при полностью пластичном разрушении, которое определяется достижением критической деформации и медленным ростом трещин (налример, при разрушении тонкостенных оболочек сосудов высокого давления). [c.144] Двум крайним случаям распространения трещин при макроскопически хрупком разрушении твердых тел соответствуют чисто силовые упругие трещины и трещины с развитой пластической зоной в вершине 1172). [c.144] Таким образом, поверхностная энергия идеально хрупкого разрушения по границам зерен а ), изменяющаяся при межкристаллитной внутренней адсорбции, сохраняет роль клапана , контролирующего изменения значительно бс льшей по значению вязкости разрушения [174, 180, 181]. [c.145] Вернуться к основной статье