РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МЕТАЛЛОВ

В данной главе рассматриваются хрупкое, вязкое и усталостное разрушения поликристаллического материала при кратковременном статическом и малоцикловом нагружениях. Разрушение поликристаллического металла при кратковременном статическом нагружении (т. е. при скорости деформирования I с ) является в большинстве случаев внутризеренным и в зависимости от температуры и характера НДС хрупким или вязким. Феноменологически первый тип разрушения сопровождается низкими затратами энергии в отличие от второго, для которого характерны значительные пластические деформации и, как следствие, высокая энергоемкость. Разрушение конструкционных материалов при малоцикловом нагружении также в основном связано с накоплением внутризеренных повреждений и развитием разрушения по телу зерна. Общим для рассматриваемых типов разрушений является также слабая чувствительность параметров, контролирующих предельное состояние материала, к скорости деформирования и температуре. Указанные общие особенности хрупкого, вязкого и усталостного разрушений послужили основанием для их анализа в одной главе. [c.50]

Представленные в настоящей и следующей главах исследования также основываются на взаимосвязи между физическими процессами деформирования и разрушения и макроскопическим поведением материала. Отличие от других работ указанного направления состоит в выборе структурного уровня рассмотрения физических механизмов и процессов — это в основном структурный уровень, промежуточный между микроскопическим и макроскопическим, т. е. мезоскопический уровень. Для анализа повреждения и разрушения поликристаллических металлов такой структурный уровень, как правило, соответствует зерну. Такой выбор позволяет, с одной стороны, уйти от излишней детализации атомных, дислокационных и других структурных процессов, с другой — сформулировать критерии разрушения в терминах механики сплошной среды. [c.51]

ДЕФОРМАЦИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МЕТАЛЛОВ [c.246]

Механизм разрушения поликристаллических металлов [c.22]

В качестве других подходов к теории квазихрупкого разрушения поликристаллических металлов необходимо указать на работы, решающие задачи о предельном равновесии хрупких трещин [20—22], в которых исследованы конечность напряжений в вершине трещины, структура вершинной части трещины и др. Теоретическая модель Г. И. Баренблатта [22] основана на условии конечности напряжений и построена на таких гипотезах, как малость области, на которой действуют межчастичные силы сцепления, по сравнению с размерами трещины, а также независимость формы трещины в вершинной области от действующих нагрузок. Условие распространения трещины формулируется исходя из гипотезы плавности смыкания ее берегов и решения Снеддона, при этом вводится модуль сцепления К- Построенная Г. И. Баренблаттом модель сводится к критериям распространения трещин на основе анализа интенсивности напряжений. [c.26]

Упругая и пластическая деформация и разрушение поликристаллического металла [c.254]

Два типа разрушения поликристаллического металла. Поли-кристаллический металл в растягиваемом образце, как и монокристалл, разрушается либо от отрыва (хрупкое разрушение), либо от среза, завершающего пластическую деформацию ), в зависимо- [c.257]

Наряду с изучением кинетики развития макроскопических трещин в образцах, имеющих значительные размеры, большой интерес представляет также исследование микроскопической картины разрушения поликристаллических металлов под действием сильно адсорбционно-активных расплавов. В предыдущих главах при описании опытов с монокристаллами было показано, что эффект адсорбционного понижения прочности и пластичности в присутствии легкоплавких жидких металлов не связан сам по себе с наличием границ зерен в образцах. [c.253]

С учетом изложенных закономерностей макроскопического поведения поликристаллических металлов при одноосном растяжении и их связи с механизмами разрушения здесь и в подразделе 2.2 рассмотрены соответственно хрупкое и вязкое разрушения поликристаллов. [c.56]

Хрупкое разрушение поликристаллических ОЦК металлов при любых напряженных состояниях реализуется при выполнении трех условий зарождения, страгивания и распространения микротрещин скола в достаточно представительном объеме материала, обычно большем, чем размер зерна [121]. [c.67]

Рассмотренная выше модель процесса хрупкого разрушения поликристаллического ОЦК металла предполагает непрерывную генерацию острых (раскрытие равно параметру решетки) микротрещин, начиная с выполнения условия (2.7), и их нестабильный рост при Oi > 5о, по крайней мере, до ближайшего препятствия, способного затормозить микротрещину. Возникновение в ходе пластического деформирования микронапряжений и создание деформационной субструктуры, играющих роль барьеров для микротрещин, вызывают увеличение напряжения Ор. [c.71]

Деформация и разрушение при ползучести. При достаточно высоких температурах в поликристаллическом металле границы зерен становятся более слабыми, чем сами зерна, и значительная часть деформации ползучести происходит за счет скольжения зерен относительно друг друга. Это скольжение носит характер вязкого течения, оно затруднено кинематически, так как зерна имеют неправильную форму и каждое зерно встречает сопротивление со стороны соседних. Скольжение становится возможным за счет пластической деформации зерен и сопровождается появлением меж-зеренных трещин, приводящих к разрущению. [c.320]

У поликристаллических металлов хрупкое разрушение преимущественно происходит по границам зерен без предварительной пластической деформации. Хрупкому [c.73]

Возвращаясь к низкотемпературной области (ГС 0,15—0,27 л) деформации, наиболее интересующей нас в связи с исследованием деформационного упрочнения и разрушения поликристаллических ОЦК-металлов, рассмотрим основные механизмы, объясняющие резкое повышение (см. рис. 2.8) прочностных свойств в этой области. [c.45]

В поликристаллических металлах различная ориентация отдельных зерен обусловливает неодинаковое их сопротивление приложенной нагрузке. Даже в тех случаях, когда эта нагрузка создает в металле средние макроскопические напряжения намного меньше предела текучести, отдельные микроучастки зерен, наименее благоприятно ориентированные, могут оказаться в состоянии пластической деформации. Зарождение трещин усталостного и коррозионно-усталостного разрушения связано с локальной микропластической деформацией в отдельных слабых местах поверхности металла. [c.42]

В поликристаллических металлах микроскопические трещины распространяются зигзагообразно от зерна к зерну. Поверхность разрушения образуется в результате развития трещин вдоль своего фронта и слияния близко расположенных трещин в одну магистральную трещину. [c.41]

Получить разрушение от среза без предшествовавших ему пластических деформаций не удается однако можно указать случай, относящийся к поликристаллическому металлу — прессованный магний и сплавы на его основе, — в котором разрушение от среза происходит после очень малой пластической деформации. [c.252]

Происходят ЛИШЬ В силу изменения взаимного расположения зерен в процессе взаимного перемещения их частей. Преодоление связей на границах зерен влечет за собой хрупкое разрушение. Постольку, поскольку ориентация плоскостей, в которых зерно предрасположено иметь скольжение или двойникование, по отношению к направлению внешней нагрузки в разных зернах различна, не все они сразу вступают в пластическую деформацию. В первую очередь подвергаются ей те зерна, в которых расположение вероятных плоскостей скольжения (двойникования) относительно направления внешних сил наиболее благоприятствует возникновению пластической деформации. Предел текучести поликристалла может быть подсчитан методами математической статистики достаточно удовлетворительно. Наибольшее число зерен, одновременно включающихся в пластическую деформацию посредством скольжения, наблюдается в поликристаллическом металле, зерна которого имеют кубическую гранецентрированную решетку, ввиду того, что число плоскостей и направлений скольжения в кристаллах с такой решеткой велико. Этим объясняется и то, что характер протекания пластической деформации в монокристалле ближе к такому характеру в поликристаллическом металле с указанной кристаллической решеткой, чем в случае иных решеток. Постепенно, по мере увеличения напряжений, в пластическую деформацию вступают и другие зерна с менее благоприятной для нее ориентацией. [c.256]

При низких температурах межзеренные границы поликристаллических металлов обычно прочнее самих зерен, и поэтому у большинства металлов при низких и нормальных температурах разрушение имеет транскристаллический характер. Другими словами, разрушение происходит по зернам, а не по границам между ними. При повышенных температурах межзеренные границы обычно слабее зерен. Разрушение при повышенных температурах имеет поэтому, как правило, межкристаллический характер. Иначе говоря, разрушение распространяется вдоль границ зерен. У поликристаллических неметаллов прочность межзеренных границ обычно ниже прочности зерен даже и при низких температурах. Для таких материалов характерно межкристаллическое разрушение при любых температурах. [c.42]

Разрушение первого типа характерно для поликристалличе-ских металлов при относительно невысоких температурах и относительно больших скоростях деформации, а также для металлических монокристаллов. Разрушение второго типа обычно наблюдается в поликристаллических металлах при относительно высоких температурах и относительно малых скоростях деформации. Иногда встречается разрушение смешанного типа, промежуточное между описанными выше, частично транскристаллическое, а частично интеркристаллическое, причем последнее имеет место в области, примыкающей к поверхности образца. Разрушение этого типа встречается в поликристаллических металлах при температурах, промежуточных по отношению к температурам первого и второго типов разрушения. Такой смешанный тип разрушения обычно не сопровождается образованием шейки. Таким образом, с повышением температуры вязкое разрушение сменяется хрупким. [c.37]

Эффективному увеличению сопротивляемости сплавов гидроэрозии способствуют факторы, повышающие однородность их структуры. Прочность металла в микрообъемах увеличивается только в том случае, когда наряду с повышением прочности зерна возрастает и прочность его границ. Изучение поведения отдельных зерен осложняется наличием в поликристаллических металлах большого количества различных микроскопических дефектов, значительно снижающих сопротивляемость металла гидроэрозии в отдельных микрообъемах. Вопросы, связанные с разрушением металла в микрообъемах, изучены недостаточно. Для правильной оценки сопротивляемости конструкционного материала гидроэрозии необходимо иметь ясное представление о механизме этого вида разрушения металла. [c.7]

Процесс разрушения поликристаллического тела в указанных условиях идет аналогично разрушению тела монокристалличе-ского строения, т. е. и здесь линии сдвига соответствуют направлению касательных напряжений, и коррозия развивается в основном по этой линии, способствуя возникновению трещин усталости металла. Проведенные исследования показывают, что на всех микроучастках, где выявляется рыхлость металла, наблюдаются искажения атомной решетки и, как правило, в этих местах металл проявляет высокую химическую активность. [c.38]

Такое разделение процесса деформации условно, поскольку указанные стадии невозможно четко разграничить. Так, в области практически линейной зависимости между силой и деформацией, т. е. в макроскопически упругой области, металлографическими и рентгеновскими методами обнаруживается пластическая деформация отдельных зерен поликристаллического металла. Эта неоднородность деформации сохраняется и в пластической области. Поэтому задолго до полного разрушения даже довольно грубыми методами (например, наблюдая поверхность тела через бинокулярную лупу), можно обнаружить на отдельных его участках трещины разрушения (см. рис. 14.2). [c.200]

При разрушении поликристаллических образцов под влиянием расплавов наряду с трещинами по границам зерен наблюдаются также немногочисленные трещины и на отдельных зернах. Это свидетельствует о том, что наличие межкристаллитных границ не является необходимым условием для проявления эффекта снижения прочности и пластичности в присутствии расплавов металлов. [c.189]

При постоянном простом напряженном состоянии время до разрушения зависит от напряжения и температуры. Существуют различные соотношения, связывающие эти три параметра. В процессе экспериментов установлено, что для многих материалов при фиксированной температуре в достаточно широком диапазоне напряжений время до разрушения и действующее напряжение в полулогарифмических координатах (а, Ig связаны линейной зависимостью. Последнее иллюстрируется рис. 39—42, на которых представлены экспериментальные данные по долговечности. На рис. 39 приведены данные по долговечности поликристаллических металлов (/ — ниобий, 2 — ванадий, 3 — алюминий, 4 — цинк, 5 — платина, 6 — серебро).- Платина испытывалась при 300° С, а остальные металлы — при 20° С. Результаты испытаний на длительную прочность монокристаллов даны на рис. 40 I —- алюминий (при 300° С), 2 — цинк (при 35° С), 3 — цинк (при 20° С), 4 — каменная соль (при 18° С), 5 — алюминий (при 18° С). Рис. 41 характеризует сплавы I — молибден с рением (при 18° С), 2 — алюминий с 0,7% меди (при 70° С), 3 серебро с 2,5% алюминия (при 300° С), 4 — алюминий с4% меди (при 100° С). На рис. 42 приведены данные по полимерным материалам при 20° С I — органическое стекло, 2 — полистирол, 3 — полихлорвинил (волокно), 4 — вискозное волокно, 5 — капроновое волокно, 6 — полипропиленовое волокно. [c.110]

Прочность границ зерен является необходимым условием прочности поликристалла. В случае слабой связи между зернами прочность поликристаллического металла и его пластичность будут пониженными. Межкристаллитная деформация является нежелательной, так как даже небольшое развитие ее может привести к разрушению металла. [c.15]

Одной из основных целей написания данной монографии было желание найти взаимосвязь между указанными тремя этапами пределом текучести, деформационным упрочнением и разрушением — с помощью, например, одной общей независимой переменной — деформации. Другая цель заключалась в попытке дать достаточно подробный обзор работ по деформационному упрочнению в поликристаллически.х ОЦК-металлах. В данной области явно ощущается недостаток обобщающих работ по деформационному упрочнению, и это находится в противоречии хотя бы с тем, что по количеству работ, посвященных изучению деформационных структур и закопо-меорнстей разрушения, ОЦК-металлы существенно превосходят в последнее время все другие материалы. [c.3]

В металлических материалах по структурному признаку различают Гомогенную и гетерогенную анизотропию [86, 87]. Гомогенная анизо-тррпия определяется типом кристаллической решетки и соответственно различием свойств кристаллов в разных направлениях. При появлении в результате деформации предпочтительной ориентировки кристаллов в поликристаллическом металле свойственное монокристаллам различие свойств проявляется во всем объеме текстурированного металла. Гетерогенная анизотропия связана с закономерно ориентированным распределением в структуре металлических и неметаллических включений, участков, отл1 чающихся по химическому или фазовому составу, а также дефектов, образовавшихся вследствие течения металла при деформации. Основное отличие титановых сплавов от других конструкционных металлов связано с гомогенной анизотропией, влияние которой на характеристики разрушения рассмотрено ниже. [c.128]

Микроструктурным анализом было установлено, что если при напряжениях и числах циклов, определяющих линию AB D, разрушение в поликристаллическом металле происходит по телу зерен, то при более высоких напряжениях и, следовательно, при меньших числах циклов — по границам зерен и определяется линией ЛоЛ. Начало образования субмикроскопических трещин следует линии А В С, а перерождение их в микротрещины — линии А С. [c.56]

В частности, разрушение от среза поликристаллического металла складывается из срезов отдельных зерен подобно тому, как пластическая деформация поликристаллического металла является следствием пластической деформации зерен, включая сюда изменение формы их границ. В общем срезе разрупюние по границам-не [c.258]

В поликристаллических металлах процесс ползучести осложняется наличием границ между зернами и блоками, которые могут влиять на нее двояко. При температуре ниже равнопрочной благодаря наличию на этих границах несовершенств решетки и примесей, они препятствуют перемещению дислокаций. Наоборот, при температуре выше равнопрочной границы между зернами и блоками оказываются наиболее слабыми местами, по которым легче протекает пластическая деформация, облегчается протекание диффузии и самодиффузии благодаря перемещению сосредоточенных на них вакансий. Поэтому разрушение при высоких температурах, как правило, происходит по границам зерен, при более низких температурах и комнатной обычно трещины идут через зерно. В связи с этим крупнозернистые металлы и сплавы при более высокой температуре более прочны, чем мелкозернистые при менее высокой и комнатной температуре, наоборот, выгоднее мелкозтнистые. [c.398]

Пластический разрыв происходит после значительной пластической деформации и представляет собой медленное распространение трещины вследствие образования и соединения пор и пустот. Поверхность разрушения при пластическом разрыве матовая и гладкая. У большинства поликристаллических металлов при пластическом разрыве наблюдаются три различные стадии. Сначала в образце начинается шейкообразование и в области шейки появляются малые каверны. Далее эти маленькие каверны объединяются, образуя трещину в центре поперечного сечения, направление которой, как правило, перпендикулярно направлению приложенного напряжения. Наконец, трещина распространяется к поверхности образца по плоскостям сдвига, ориентированным примерно под 45 к направлению оси растяжения. В итоге часто образуется хорошо известная поверхность разрушения чашка — конус . [c.44]

Описанные опыты дают возможность предположить, что в таких поликристаллических металлах, как сталь (которая имеет на разделе двух фаз среда — металл огромное количество микрокатодных и. микроанодных участков), в процессе ее деформации при одновременной коррозии с водородной деполяризацией происходит достаточно быстрое наводороживание пластически деформируемых катодных участков. Очевидно, эти участки будут слабыми местами, в которых может возникнуть хрупкое разрушение. Такое разрушение возможно, например, при больших амплитудах циклических напряжений, если оно происходит вскоре после нагружения образцов. Это объясняется тем, что другие слабые места еще не возникли, так как времени в этом случае еще недостаточно для значительного коррозионного поражения анодных участков, т. е. для возникновения слабых мест в стали под влиянием уменьшения ее прочности вследствие коррозионного поражения.. [c.173]

Характер разрушения армко-железа определяется строением его кристаллической решетки и тонкой структурой, определяю-ш,ими способность металла оказывать сопротивление разрушению микрообъемов. Известно, что способность металла к деформации зависит в основном от строения кристаллической решетки и наличия плоскостей с плотным расположением атомов. В поликристал-лических металлах при деформировании микрообъемов сильно проявляются индивидуальные свойства решетки, так как процесс пластической деформации протекает иначе, чем в монокристалле. В поликристаллических металлах на развитие сдвиговых процессов оказывают влияние соседние зерна, поэтому сдвиги прои одят по плоскостям с плотным расположением атомов и по плоскостям, благоприятно ориентированным относительно действующей силы. [c.125]

Рассмотрим рост трещин в поликристаллических металлах (при вязком динамическом разрушении). Схема испытания приведена на рис. 5.8. Образец в виде пластины размерами 250X7X100 мм с продольным надрезом устанавливали на ноже. На одном из концов образца ставили П-образный боек, который передавал на образец удар груза Р. [c.129]

Установлено, что у поликристаллических металлов и сплавов при низких температурах и высоких скоростях деформирования разрушение является рупким и в качестве эквивалентного напряжения целесообразно принимать максимальное главное напряжение [c.128]

Форсайт высказал предположение, что механизм зарождения и роста трещин определяется двумя физически различными процессами, обозначенными как период I и период И [166]. Зарождение трещин по механизму начального периода I происходит в резул >тате движения дислокаций в плоскости скольжения и определяется значением приведенного касательного напряжения в плоскости скольжения. Поэтому трещины образуются преимущественно в тех плоскостях, которые близки к параллельным и ориентированы в направлении максимальных касательных напря>кений. Во многих материалах циклическое нагружение вызывает образование интрузий и экструзий в полосах скольжения [167]. Эти микроскопические надрезы являются местами, в которь1Х может происходить зарождение трещин. Образующиеся в процессе периода I трещины обычно продолжают расти в плоскости скольжения, соответствующие им поверхности разрушения в основном не имеют резко выраженных особен ностей. В поликристаллических металлах трещины, соответствующие п иоду I, обычно распространяются лишь на несколько диаметров зерен, а затем характер распространения изменяется и наступает период II. [c.142]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...