Фрактография в исследовании разрушения

Фрактография в исследовании разрушения 147 Фреоны 342 [c.487]

Фрактография занимается исследованием разрушений деталей путем изучения поверхностей излома образцов материалов при лабораторных испытаниях и изломов натурных деталей машин и конструкций, разрушенных в условиях эксплуатации. [c.8]

Важным аспектом любого исследования разрушения является фрактография. Она находится в центре многих споров о механизмах тех или иных процессов и мы в данном обзоре также использовали фрактографические данные для выбора из двух альтернативных объяснений. Все же во многих случаях мы опустили подробное сравнение и обсуждение вида поверхности разрушения. Причина состоит в том, что слишком часто в исследованиях фрактография не используется совсем или же используется плохо (неправильно или неубедительно). Мы призываем исследователей больше использовать фрактографию при малых увеличениях (например, 200—1000 X) при анализе часто встречающихся разрушений смешанного или составного типа. При этом следует производить оценку относительного вклада различных типов разрушения [55, 124], а также (если возможно) приводить количественные данные о таких особенностях, как вторичное растрескивание, размер фасеток скола и лунок на поверхности разрушения. Наконец, более широкое использование оже-электронной спектроскопии, в тех случаях, когда ее применение возможно, также может дать интересные результаты. [c.147]

Ниже последовательно рассмотрены общие закономерности поведения конструкционных материалов с развивающимися в них усталостными трещинами в условиях многопараметрического воздействия. Предложено единое кинетическое описание поведения материала на основе анализа параметров рельефа излома с введением представления об эквивалентном уровне напряжения. Обобщены количественные характеристики процесса роста усталостных трещин в элементах конструкций воздушных судов гражданской авиации, полученные в рамках проведения исследований причин их разрушения в условиях эксплуатации. Помимо того, рассмотрены вопросы эксплуатационного контроля с корректировкой периода осмотра конструкций на основе данных количественной фрактографии проведен обзор способов торможения или задержки роста усталостных трещин в элементах конструкций. [c.22]

В практике исследования эксплуатационных разрушений помимо определения вида разрушения возникают и другие задачи. Они вытекают из требования проведения контроля над состоянием детали в эксплуатации и устранения несовершенств конструкции или изменения режимов ее работы. Эти стратегические задачи решаются в рамках количественной фрактографии. При количественных оценках силового и температурного нагружения элементов конструкций исходят из того, что изменение режима или условий внешнего воздействия приводит к изменению напряженного состояния материала в вершине трещины. Формирование того или иного параметра рельефа [c.80]

Важно, что для осуществления такого процесса разрушения необходима микропластическая деформация и непрерывный подвод энергии. Наличие такого процесса достаточно достоверно может быть установлено при изучении поверхности разрушения (поверхности излома). Этот вполне современный, а в действительности очень старый метод исследования качества металла называется теперь фрактографией. [c.25]

Дальнейшие возможности прогнозирования поведения материала в изделии по данным фрактографии связаны с исследованием подходов теории подобия к анализу локального разрушения и синергетики, устанавливающей на основе термодинамики общие законы поведения открытых систем, далеких от состояния равновесия. [c.5]

Другой важной областью использования фрактографии при решении важных практических задач является выявление причин разрушения деталей. Я. Б. Фридманом и др. выделены следующие этапы проведения анализа причин поломки той или иной детали оценка общего состояния объекта исследования анализ внешнего состояния разрушенных, поврежденных или сопряженных с ними деталей оценка качества изготовления и металла детали анализ условий работы детали обобщение и анализ результатов исследований и разработка рекомендаций по предупреждению причин, вызывающих подобные поломки. Такую последовательность анализа используют и в настоящее время. [c.8]

Фрактография разрушений при статических нагрузках занимается не только исследованием пластических деформаций в зоне поверхности излома, но также стремится объяснить поведение каждого элемента структуры материала при больших пластических деформациях. В оценке формы и характера поверхности излома основную роль играет наличие более или менее заметных неровностей поверхности. [c.9]

Трудность исследования под оптическим микроскопом поверхностей изломов металлических образцов, являющихся весьма неровными в микроскопическом масштабе, связана с очень малой глубиной фокуса и небольшим рабочим фокусным расстоянием объектива в этом приборе. Поэтому фрактография , или наблюдение плоскостей излома разрушенных металлических образцов под оптическим микроскопом ле может получить широкого распространения. [c.49]

В испытаниях диска третью маркировку положения фронта трещины проводили при ее размере по поверхности около 2,5 мм, а при фрактографи-ческом исследовании было установлено, что размеры трещины в пределах второй микролинии, выявленной в очаге, были значительно меньше. Данное обстоятельство свидетельствовало о том, что две мезолинии в очаге разрушения отвечают положению фронта трещины при двух первых мар- [c.496]

Преимущественной областью применения оптической микро-фрактографии являются исследование кинетики разрушения, изучение особенностей строения излома в зависимости от вида, характера нагружения. Если излом из-за крупных габаритов образца или детали, очень грубой поверхности излома или вследствие каких-либо других причин не может непосредственно исследоваться на микроскопе, с него можно снять реплику. Методом реплик с помощью оптического микроскопа могут быть, выявлены такие дефекты материала, как поверхностные трещины, окисные плены, сварочные поры и другие характерные осо-бености строения излома. Возможно исследование количества и формы избыточных фаз, присутствующих на поверхности из-186 [c.186]

Кратко рассмотрим методы косвенной оценки характеристик сопротивления разрушению конструкций с развивающимися трещинами, которые основаны на фрактографи-ческих исследованиях пространственного расположения бороздок усталости и определении размеров зоны вытяжки. Обычно бороздки и зона вытяжки образуются на изломе металлических материалов в процессе усталостного разрушения. Анализ изменений ширины бороздок в сочетании с данными о режиме нагружения позволяет определять скорость роста трещины, вычислять значения параметра и строить диаграмму усталостного разрушения. По ширине и высоте зоны вытяжки можно приближенно установить стартовое значение [c.287]

В развитии современных представлений о работоспособности материалов с дефектами, внесенными в процессе создания материалов или развившимися в служебных условиях, исключительно важную роль играют фрактографи-ческие исследования. Фрактография как метод исследования строения поверхности изломов объединяет такие фундаментальные дисциплины, как физика и механика разрушения, кристаллография и материаловедение, являющиеся основой количественной фрактографии. С развитием положений линейной механики разрушения и растровой электронной микроскопии количественная фрактография поднялась на новую ступень, так как оказалось возможным установление взаимосвязи между микроструктурой материала, микромеханизмом разрушения и фрактографическими параметрами при заданном напряженно-деформированном состоянии, Иными словами, удалось найти взаимосвязь между механическими свойствами материалов в микрообъемах и свойствами материала, находящегося под нагрузкой. Это позволяет путем анализа поведения материала в условиях локального разрушения судить о его способности тормозить макроразрушение и на Основе фрактографических исследований давать рекомендации по установлению и увеличению ресурса машин и сооружений в заданных условиях эксплуатации, а также разрабатывать систему мер по повышению надежности работы материала. [c.5]

Изучением строения изломов и интерпретацией содержащейся в них информации занимается фрактография. Ценность фрактографии как источника информации о механизмах разрущения усиливается тем, что она позволяет однозначно определить источник разрушения. Разработка новых методов изучения поверхности твердых тел каждый раз способствовала развитию фрактографии. Бурный рост фрактогра-фических исследований связан с развитием растровой электронной микроскопии, которая сочетает уникальные возможности одновременного изучения морфологических особенностей рельефа поверхности трещины с разрешением порядка 1,5—2,0 нм, а также химического и кристаллографического микроанализа с разрешением порядка 1 мкм. [c.187]

Полное разрушение конструкции в результате аварии самолета ставит перед исследователями задачу последовательного отыскания первоначально отказавшей детали. Решение этой задачи является комплексным, и оно основано на привлечении различных методов и средств исследования, одним из которых является фрактография. Возникновегиш и последовательное развитие трещин в элементах конструкции ВС может не приводить к аварии, поскольку используемые неразрушающие методы и средства контроля в диагностике их состояния позволяют обнаруживать повреждения [5] до наступления предельного перехода к быстрому, неконтролируемому развитию разрушения. Выявленные трещины подвергаются изучению, в том числе и п тем изучения поверхности излома вскрытой трещины. [c.79]

Методологический подход к исследованию вида излома (макрофрактографический анализ) и мезорельефа поверхности разрушения (мезо-фрактография), регистрируемого достаточно отчетливо с помощью электронно-микроскопических методов, равно как и характерные черты рельефа излома для различных материалов при разных видах разрушающих режимов нагружения, неоднократно описаны и представлены в виде атласов фрактограмм [6-12, 18-20]. Следует оговориться, что традиционно используемый термин микро-фрактография относится к использованию средства исследования в виде электронного микроскопа без выделения мезоскопического масштабного уровня. Однако нижняя граница величин анализируемого параметра рельефа составляет 2-5 нм, в зависимости от разрешающей способности микроскопов, а верхняя — несколько десятков микрон. [c.80]

В науке о прочности направление, занимающееся изучением строения изломов, получило название фрактография (от английского fra ture — излом, разрушение). Несмотря на то, что особенности изломов давно используют в практических исследованиях, научный подход к изучению их еще только разрабатывается. Успешному развитию фрактографических исследований способствует привлечение современных физических методов электронной микроскопии, рентгеноструктурного, рентгеноспектрального анализов и пр. Особенно плодотворным оказалось использование электронных микроскопов. Электронная фрактография, позволяющая приблизиться к пониманию микромеханизмов разрушения, является одним из звеньев связи позиций металловедения, металлофизики и механики материалов в обширной проблеме разрушения. [c.4]

Вместе с тем, несмотря на большое количество опубликованных в последние годы работ по проблеме разрушения, отсутствуют достаточно широкие исследования, полностью посвященные фрактографии. Как правило, параллельно не рассматриваются особенности макро- и микростроения изломов, что затрудяет комплексное использование этой харак- [c.4]

В электронной фрактографии наибольшее распространение получили двухступенчатые пластико-угольные реплики, так как техника их изготовления проста, и при этом сохраняется поверхность излома. Использование их очень удобно при исследовании аварийных разрушений, где часто бывает необходимо сохранение излома. Кроме того, реплики могут быть сняты непосредственно на месте аварии и доставлены в лабораторию для дальнейшего исследования. В ряде случаев вследствие большей прицельности пластиковых реплик их используют для количественного анализа. Например, с их помощью может быть проведен количественный фрактографический анализ величины зоны пластического прироста трещины при оценке /Сю в момент начала статического разрушения. Для исследования аварийных изломов иногда могут быть использованы одноступенчатые лаковые реплики, однако их применение ограничено лишь грубой оценкой характера разрушения вследствие малой разрешающей способности. Некоторым преимуществом таких реплик является возможность быстрого исследования без оттенения и напыления. [c.189]

Не заменяя других методов анализа разрушений, микро-фрактографические исследования позволяют безошибочно выявить на изломах ряд весьма важных микрознаков, характерных для тех или других видов разрушения. Например, в изломе разрушившейся детали из жаропрочного сплава ВЖЛ12У образовалась зона, имеющая сглаженное строение, весьма напоминающее усталостное разрушение (рис. 152). С помощью оптической фрактографии удалось установить отсутствие усталостных признаков и классифицировать разрушение как статическое при наличии металлургического дефекта. [c.191]

В процессе электролитического отделения отпечатка поверхность излома полируется. Подвергнув эту полированную поверхность дополнительному травлению любым способом, можно провести металлографическое исследование, дополняющее микро-фрактографию [145 146]. Это дает, в частности, возможность сравнения структуры излома со структурой металла, получаемой на обычном плоском полированном и травленном щлифе. Такое одновременное наблюдение структуры излома и кристаллической структуры металла представляет больщой интерес. Пользуясь этими двумя дополняющими друг друга методами, можно получить весьма полное представление как о характере разрушения металла, так и о его структуре в слоях, прилегающих к поверхности излома (фиг. XXXVI и XXXVII). [c.144]

В книге показана необходимость при диагностировании технического состояния и оценке остаточного ресурса конструкций более широко использовать методы фрактографии, непосредственно воспро-изводяш ей рельеф излома, который отражает механизм разрушения от места зарождения трепдины на всех стадиях ее распространения. Количественная фрактография эффективна при оценке состояния материала даже когда в конструкции еще нет треш ин. Анализ изломов металла таких конструкций позволяет оценить его реакцию на возможное распространение трещины. Фрактографический метод исследования получил признание в нормативно-технической документации РД 03-421-01 [2], РД 03-380-00 [3], РД 03-410-01 [4]. [c.8]

В работе [275] представлены материалы Исследования механизма смыкания берегов трещины методом двухступенчатых реплик в технически чистом титане. Оказалось, что смыкание вызвано отклонением траектории трещины и появлением участков сдвигового разрушения. Смыкание трещины препятствует уменьшению коэффициента инт сивности напряжений до минимального значения цикла и происходит не по всей длине трещины, а лишь в отдельных точках ее поверхности. Для изучения этого явления Пеллу и др. [276] использовали электронную фрактографию. Они установили, что в условиях плоской деформации эффекты смыкания в алюминиевых сплавах незначительны. Исследование смыкания берегов трещины в вакууме показало [277], что оно больше, чем на воздухе. Возможно, это связано с большой зоной пластической деформации при вершине усталостной трещины. Известно, что закрь1тие трещины сопровождается распространением крупных усталостных трещин. Оно рассматривается как основной фактор, определяющий влияние коэффициента асимметрии цикла при низких скоростях распространения трещины (da/dN 10 м/цикл), при которых его роль возрастает вследствие уменьшения размаха коэффициента, интенсивности напряжений [278]. Это позволяет предположить, что закрытие трещины должно иметь важное значение в процессе распространения микротрещин в прйпороговой области, причем оно может быть болёе значительным, чем в случае крупных трещин. [c.181]

Анализ критических точек (точек бифуркаций), отвечающих при движении трещины смене микромеханизма разрушения в условиях подобия локального разрушения, с использованием концепции критической плотности энергии деформации позволил выявить однозначную связь между параметрами, контролирующими локальное и глобальное разрушения. Найденные соотношения и разработанная методология количественной фрактографии с учетом дискретности и автомодельности разрушения при возникновении локальной нестабильности позволяют с помощью микрофрактографических исследований решать важные инй енерные задачи, связанные с оценкой по микрофракто-графическим параметрам скорости и длительности роста усталостной трещины по механизму нормального отрыва, определением эквивалентных напряжений, склонности материала к хрупкому разрушению в точках бифуркаций, соответствующих смене микромеханизма разрушения, с установлением пороговой энергии на единицу длины трещины в этих точках. Это позволило разработать единые для сплавов на данной основе фрактографические карты, объединяющие мйкро- и макропараметры разрушения. [c.6]

В ряде случаев для исследования стру1сгуры стали целесообразно применять методы фрактографии (от англ. fra ture - разрушение), которая изучает строение изломов. Изломы бывают двух видов хрупкие и вязкие. Хрупкий излом происходит мгновенно, вязкий обычно начинается с зарождения и развития микротрещины и происходит в течение длительного времени. [c.191]

Фрактографические исследования позволяют понять механизм разрушения. Роль фрактОграфии особенно возрастает в тех случаях, когда в процессе изготовления или эксплуатации снижается когезивная прочность границ зерен, что проявляется в изменении строения излома. Хрупкий излом из транскристального, т. е. по телу зерна, становится межзеренным (по их границам) и приобретает характерную огранку. Вязкий излом в пределах макрорасстояний распространяется линейно (прямо) независимо от границ зерен, а сечение металла в зоне излома имеет утяжку. [c.192]

Исследование строения изломов называется фрактографией, реже фрактологией, а методы исследования — фрактографиче-скими. Исследованию изломов отводится особое место среди прочих физических методов при изучении связи состава и структуры материала с прочностью [24], а также при изучении процесса образования и развития трещин [14, 22]. Это объясняется тем, что при анализе строения изломов получают сведения о процессе разрушения, которые в большинстве случаев не могут быть получены другими методами [c.345]

Преимущественной областью применения оптической фракто-графии (Х200—1000) является исследование кинетики разрушения и изучение микроскопических особенностей изломов в зависимости от вида, характера и других особенностей нагружения, в том числе и для случаев аварийных разрушений. Оптическая фрактография обладает рядом достоинств — доступностью метода, сохранением излома, достаточно высокой прицельностью. [c.477]

Электронная фрактография применяется в основном при изучении связи кинетики развития трещины со структурой материала, т. е. при более тонком анализе инициирования и кинетики разрушения. Для электронно-фрактографических исследований наиболее широко используют интервал увеличений от 2000 до 15 ООО. Изучение строения изломов в электронном микроскопе просве- [c.477]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...