Образование трещин в кристаллах

ОБРАЗОВАНИЕ ТРЕЩИН В КРИСТАЛЛАХ [c.151]

Анализ схем образования трещин в результате пересечения двойников деформации дан в работе [104]. Зарождение трещин при пересечении двойников наблюдалось в кристаллах молибдена, цинка и кремнистого железа. [c.39]

Задержанное разрушение закаленной стали - свойство мартенсита - обусловлено высоким уровнем остаточных микронапряжений в результате мартенситного превращения. Типичная структура свежезакаленного мартенсита приведена на рис. 5.8. Кристаллы мартенсита, образующиеся в пределах бывшего зерна аустенита, при своем росте сталкиваются под разными углами. Задержанное разрушение происходит при напряжениях ниже предела текучести стали. Этот вид разрушения имеет место при статическом или квазистатическом характере нагружения и бывают причиной преждевременного разрушения закаленных стальных элементов конструкций. Часто задержанный механизм разрушения реализуется при образовании трещин в сварных соединениях. [c.220]

Недостатками этих сплавов является большая литейная усадка — в несколько раз больше, чем у чугуна. Это ведет к образованию трещин в наплавленном металле, которые возникают главным образом в момент затвердевания шва (горячие трещины). Эти трещины могут быть микроскопические к трещинам относятся также мелкие микроскопические надрывы, расположенные по границам кристаллов. Эти сплавы не могут быть рекомендованы для заварки трещин в изделиях, которые несут силовую нагрузку. Заварка отдельных раковин объемом до 10—12 дает хорошие результаты, так как обеспечивает возможность последующей механической обработки. [c.548]

Различают отдельные стадии образования трещины. Важно изучить не только процесс возникновения трещины в кристалле, но также и условия распространения развивающихся микротрещин через границы зерен, являющиеся первым барьером на пути развития разрушения. Если трещина не может преодолеть этот барьер, то возникновение хрупкого разрушения в металле становится невозможным, так как в этом случае трещина распространяется через отдельные зерна по всему сечению детали без возникновения отдельных пустот и их объединения, как это имеет место 302 [c.302]

При сварке основной металл нагревается в зоне плавления до температуры более высокой, чем температура металла, окружающего сварочную ванну и удаленного от нее. Неравномерный нагрев металла, вызванный.сваркой, приводит к появлению сжимающих сил в зоне металла, прилегающей ко шву, и растягивающих сил вдали от сварного шва. В результате происходит коробление сварного соединения. Кроме того, затвердевание и охлаждение металла шва приводят к его усадке и деформации свариваемого изделия. Структурные напряжения связаны с изменением размеров кристаллов и их взаимного расположения и сопровождаются изменением объема тела, вызывающим внутренние напряжения. Внутренние силы, возникающие в металле при сварке, могут быть достаточными, чтобы привести к образованию трещин в швах или рядо.м с ними. [c.116]

Основной причиной образования горячих трещин является, очевидно, наличие жидких ликвационных прослоек между кристаллами и возникновение растягивающих напряжений, возникающих при охлаждении шва. Образованию трещин в шве способствуют висмут и свинец, которые могут находиться в меди и ее сплавах как примеси. Сплавы меди с этими элементами кристаллизуются при очень низких температурах, близких к температуре плавления висмута и свинца (270 и 327°), Горячие трещины могут также вызываться кислородом и кремнием. Снижение содержания этих элементов уменьшает опасность образования горячих трещин. [c.97]

Структура слитка часто проявляется на поперечном сечении сложных профилей, например, в бандаже железнодорожного колеса (ф. 577/1) или даже в рельсе (ф. 577/2). В головке рельса ясно видна столбчатая зона слитка, за которой следует сердцеобразная ликвационная область, очерченная белыми точками (темные полосы рассечены поперек). В то же время разрезной калибр прокатного стана искажает кристаллическую структуру поверхности именно к этому и стремятся в некоторых случаях. Например, если столбчатые кристаллы расположены параллельно поверхности (ф. 578/3), то можно избежать ориентированной кристаллической структуры (ф. 578/2), которая является причиной образования трещин в подошве рельса. [c.31]

Пластическая деформация кристаллов создает в них дислокации и повреждения решетки сдвигообразование (скольжение) и разрушение, которому предшествует образование трещин [21]. Все эти дефекты связаны с движением дислокаций. [c.51]

Типичный вид поверхности разрушения сколом представлен на рис. 5.1, а (см. вклейку). Характерной особенностью скола служит ступенька, являющаяся результатом объединения трещин скола, лежащих на разных уровнях в кристалле. Образование нескольких трещин скола возможно при преодолении трещиной препятствий границ кручения зерен (рис. 5.1, б), винтовых дислокаций, частиц второй фазы, двойников, а также в результате скола по другим плоскостям [385]. На краевых дислокациях и границах наклона не зарождаются новые трещины трещина лишь изменяет свой наклон. [c.190]

Образцы с ра.зличным поперечным сечением испытывались иа малоцикловую усталость. Форма образцов была подобрана так, чтобы отделить области максимального напряжения и деформации от областей максимальных градиентов напряжения и деформации. Образование трещин начинается вблизи зтих двух почти совпадающих зон. На основании исследования делается вывод, что наиболее вероятной областью образования трещин является область с максимальным градиентом деформации. Данные исследования позволяют считать, что именно в этой области наблюдается наибольшая плотность дефектов в кристалле. [c.424]

В СССР разработаны и изучаются различные пути предупреждения образования горячих трещин при сварке аустенитных сталей применяются электроды и проволока, обеспечивающие образование в швах не только аустенитной, но ферритной фазы модификаторы для улучшения первичной структуры при сварке высоколегированных сталей используются легирующие элементы, устраняющие явления полигонизации и приводящие к дроблению столбчатых кристаллов, возникновению новых зерен, на границах которых образуются микродефекты, переходящие в трещины. В большинстве случаев горячие трещины возникают в наплавленном металле швов, но иногда и в околошовных зонах. [c.130]

А. А. Вертман и А. М. Самарин [И] привлекли теорию Ребиндера о влиянии поверхностно активных веществ на образование трещин в кристаллах. Поскольку графит имеет слоистую структуру, возникновение трещин в местах скопления дислокаций по границам блоков под воздействием напряжений вполне вероятно. Поверхностно активные вещества в расплаве при контактировании с пакетом графита образуют адсорбционный слой, давление которого приводит к потере прочности пакета в дефектных местах и к его диспергированию, в результате чего возникают сферолиты. [c.112]

Металл элементов, соприкасающихся процессе эксплуатации с водой, может под вергаться коррозионному растрескивание Разрушение металла при коррозионном рас трескивании происходит при совместном воз действии механических напряжений растяже ния и среды с образованием трещин внутр кристаллов и по их границам. Технологиче ская среда, используемая в теплообменника высокого давления, может иметь повышенно содержание кислорода, стимулирующего прс цессы коррозионного растрескивания метал ла. Коррозионному растрескиванию подве жен металл элементов с температурой стенк [c.815]

Образование трещин в зонах концентраторов напряжений с сильными смещениями атомов из узлов решетки — это также возник-поветше диссипативной структуры в неравновесном кристалле, но на очень высоком структурном уровне, что всегда нежелательно. Чем )ппке структурный уровень диссипативной структуры, тем выше эффективность диссипации накачиваемой в кристалл извне энергии и менее опасны возможные нарушения сплошности материала, связаппые с двин ением отдельных элементов структуры. [c.94]

При нагревании окиси магния выше 1600° С наблюдается возрастание ее активности. П. П. Будников [6] объясняет такую аномалию увеличением поверхности кристаллов за счет образования трещин в них и развития плоскостей двойпикования. Поэтому активность окиси магния, раздробленной после обжига при 1800° С, намного выше, чем после обжига при 1500° С. [c.319]

Сера, находясь в чугуне в виде сернистого железа Ре5, при затвердевании образует с железом двойную легкоплавную эвтектику с температурой плавления 985° С, которая, затвердевая в последнюю очередь, располагается между кристаллами металла. Наличие легкоплавкой эвтектики придает чугуну красноломкость, что приводит к образованию трещин в отливках при охлаждении. Присутствие серы в чугуне тормозит графитизацию и способствует отбеливанию литья, ухудшает обрабатываемость резанием и понижает механические свойства. При наличии в чугуне марганца сера переходит в сульфид марганца Мп5 (по реакции Ре5-ЬМп=Мп5 + Ре), который не оказывает такого вредного влияния на чугун, как Ре5. [c.123]

Горячие трещины могут возникать в процессе кристаллизации паяемого шва (кристаллизационные трещины) и ниже температуры солидуса, когда макропластичность сплава в шве очень низкая и исчерпывается при его охлаждении в результате термического сокращения, приводящего к образованию растягивающих деформаций. Температурный интервал низкой макропластичности выше солидуса отвечает так называемому эффективному интервалу кристаллизации, когда в затвердевающем сплаве кристаллы твердой фазы образуют сплошной каркас, а жидкая фаза не образует сплошных прослоек (твердожидкое состояние). Образование трещины в паяном шве происходит в том случае, когда при развитии растягивающих деформаций в температурном интервале твердо-жидкого состояния сплава они превысят значение предельной деформации твердой фазы, а жидкая фаза за это время не сможет залечить образующиеся трещины. [c.116]

В поверхностных слоях пластическаи деформация протекает в других условиях, чем во внутренних объемах — каждый кристаллит может относительно свободно перемещаться, так как стеснен лишь с трех сторон другими кристаллитами. Если это явление не играет, видимо, решающей роли при пластической деформации в области низких температур, когда связь между кристаллитами по их границам очень сильна, то при высоких температурах, когда наблюдается зернограничное скольжение, более легкое перемещение поверхностных кристаллитов в процессе ползучести может служить одной из основных причин, приводящих к образованию трещин в поверхностных слоях. [c.31]

Согласно существующим представлениям, механизм хрупкого растрескивания зависит от того, что происходит с атомами, расположенными на границах кристаллов. По мнению Паркинса [50], это явление вызвано искаженной структурой феррита в области границ зерен. Хехт, Партридж, Шредер и Уэрл в Справочнике коррозиониста Улига [12] утверждают, что атомы на границе зерен принадлежат одновременно кристаллам различной ориентации и удерживаются в этом положении за счет атомных связей, искаженных по сравнению с их нормальным направлением. Удаление таких атомов из их напряженного состояния осуществляется поэтому значительно легче, чем из середины кристалла. Это меж-кристаллитное растрескивание может вызываться концентрированными растворами щелочей. Были предложены также и другие теории, связывающие это явление с водородом [50, 51], различного рода осадками [50], окисной пленкой [51], коллоидами [52] и с влиянием механических деформаций и деформации по границам зерен [50]. Обычно в трещинах обнаруживаются окислы. Кроме того, в них могут присутствовать отложения солей. Имеется сообщение относительно более быстрого образования трещин в присутствии силиката. Согласно предположениям, высказанным Акимовым [53], взаимодействие щелочи с железом приводит к образованию феррита натрия МагРеОг и водорода. Далее коррозия протекает вдоль границ зерен и усиливается внутренними напряжениями, которые ослабляют связи между зернами по нарушенным границам. При этом появляются трещины, вода проникает в ослабленный металл, что создает условия для дальнейшего развития межкристаллитной коррозии. Помимо этого, усилению разрушения может благоприятствовать абсорбция металлом выделяющегося водорода. [c.38]

Интенсификация перевозочного процесса путем вождения тяжеловесных длинносоставных гоездов породила одну из острейших проблем на сети дорог -обрывы автосцепок в поездах. Практика показывает, что разрыв поезда на две-три части, а в некоторых случаях (в наливных поездах) на четыре и даже шесть частей - нередкое явление при снижении температуры окружающего воздуха до минус 5-15 °С. Именно при этой температуре и высокой влажности воздуха происходит закупорка калиброванных отверстий кристаллами льда, что резко ухудшает работу воздухораспределителей и тормозных средств в целом, приводит к неравномерному распределению тормозной силы вдоль поезда, увеличивает время отпуска у отдельных воздухораспределителей в хвостовой части поезда в 5-8 раз. Дальнейшее понижение температуры дополнительно способствует росту образования трещин в автосцепках из-за увеличения хрупкости и снижения прочности металла на разрыв. [c.170]

Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в тве при температуре близкой к температуре солидуса. Горячие трещ..иы проходят по границам кристаллов и имеют окисленную поверхность. Склонность сплавов к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов (водорода, кислорода), серы и других примесей. Кроме того, образование горячих трещин вызывают резкие переходы от тонкой части отливки к толстой, острые углы, выступающие части и т. д. Высокая температура заливки способствует увеличению зерна металлической структуры и увеличению перепада температур в отдельных частях отливки, что повышает вероятность образования трещин. [c.126]

Позднее эта точка зрения была распространена и на металлы, которые не образуют интерметаллидных соединений, но для которых характерно изменение фаз йли образование сегрегаций легирующих элементов или примесей в вершине трещины в ходе пластической деформации вследствие градиента состава здесь образуются гальванические элементы. Варианты этой теории содержат предположение, что трещины образуются механически и что электрохимическое растворение необходимо только для периодического сдвига барьеров при росте трещины [25]. Но хрупкое разрушение пластичного металла вряд ли возможно в вершине трещины. Кроме того, было показано, что удаление раствора Fe lg из трещины, образованной в напряженном монокристалле ujAu, сопровождается релаксацией напряжений в кристалле и —. .в результате —немедленным прекращением растрескивания, сменяющимся пластической деформацией [26]. Аналогичным образом, трещина, распространяющаяся в напряженной нержавеющей стали 18-8, погруженной в кипящий раствор Mg lj, останавли- [c.138]

Расчеты по формуле (162) показывают, что количество дислокаций в сколлении достигает 10 —10 когда величина локальных касательных напряжений у вершины скопления равна 0,7 G. Такое количество дислокаций при выходе на поверхность кристалла образует ступеньку порядка нескольких тысяч нанометров, что хорошо согласуется с экспериментальным определением высоты ступенек. Это подтверждает принципиальную возможность образования в плоскости (пачке) скольжения достаточно мощного скопления дислокаций для образования трещины по механизму Стро—Мотта. Особенностью указанной теории является то, что для образования субмикротрещины необходимо накопление достаточного количества дислокаций, обусловливающих пластическое течение, значительно большее, чем это необходимо для возникновения скольжения в соседних зернах. [c.427]

Место образования трещин определяется параметрами нагруя е-ния (напряжение, пластическая деформация, скорость дефор.мации и др.) и микроструктурой (структура кристалла, плотность дефектов и др.). Некоторые сочетания этих параметров. могут привести к разрушению при самых различных обстоятельствах. Кроме того, они могут оказаться причиной различных трактовок экспериментальных данных в литорату1)е. [c.119]

В кристаллах со сложной структурой зарождение трещин связывают с образованием уступов на дислокационных стенках. В данном случае скольжение и скол происходят в одной и той же плоскости (рис. 1.12, в). Полоса скольжения пересекает границу наклона, смещая таким образом ее края возникающее при этом прерывистое смещение в результате изменения направления скольжения вызывает образование трещины на плоскости скольжения. Такие трещины наблюдались на цинке. Теория этого процесса разработана Фриделем [96], Стро [121] и Иденбомом [28]. [c.39]

Все указанные выше сплавы при испытании на герметичность разрушаются без течи следовательно, гермегичность их обусловливается соответствующей прочностью и пластичностью. Пониженная склонность к образованию горячих трещин в отливках из указанных выше сплавов объясняется тем, что процесс кристаллизации протекает в узком температурном интервале и идет сплошным фронтом от периферийной зоны (стенок формы) к внутренним зонам стенок отливок. В этом случае между первичными кристаллами образуется сплошной слой мелкозернистой эвтектики, что препятствует образованию сквозных усадочных каналов между зернами твердого раствора. Этим также объясняется высокая герметичность отливок. К достоинству сплавов на основе системы А1 — Si следует также отнести их повышенную коррозионную стойкость. Поэтому сплавы АЛ2, АЛ4 и АЛ9 нашли широкое применение в изделиях, работающих во влажной и морской атмосферах. К недостаткам этих сплавов следует отнести повышенную газовую пористость и пониженную жаропрочность. Технология литья из этих сплавов является более сложной, чем для литья из других сплавов. Требуется применение операций модифицирования и кристаллизации под давлением н автоклавах. Особенно это относится к сплаву А,П4. [c.84]

Для получения высоких механических свойств требуется обработка жидкого сплава специальным флюсом /з КаС1- - /зКаР при температуре не ниже 8ио° С (модифицирование) или повышенная скорость охлаждения. Питейные свойства высокие, сплав обладает весьма высокой жндкотекучестью и не дает трещин в резких переходах сечений отливок сплав склонен к образованию сфероидальной пористости, для устранения которой применяется кристаллизация отливок под давлением. Примесь железа сильно снижает механические качества сплава вследствие образования грубых пластинчатых кристаллов тройного соединения А1—Ге—51. [c.134]

В процессе пластической деформации происходят сдвиги внутри кристаллов металла по плоскостям наиболее плотной упаковки атомов и поворот отдельных зерен друг относительно друга. Механизм сдвигообразова-ния был рассмотрен ранее. Взаимный поворот зерен возможен при больших степенях пластической деформации. С увеличением степени деформации в холодном состоянии плотность металла незначительно уменьшается. Накопление искажений кристаллической решетки приводит к увеличению среднего расстояния между атомами и как следствие к уменьшению плотности металла. При очень больших степенях пластической деформации плотность металла может уменьшиться из-за образования трещин. [c.29]

Образование дефектов. Посторонние газы, раствори-м1.те в растворах и расплавах лучше, чем в кристаллах, выделяются на фронте К. Пу.зырьки газа захватываются растущим кристаллом, если они превышают критич. размер, убывающий с увеличепием скорости роста (аиа-логичио захватываются твёрдые частицы). При К. в невесомости конвективный отвод пузырьков от фронта К. затруднён и кристалл обогащается газовыми включениями. Специально создавая пузырьки, получают пен о материалы. Реальные кристаллы всегда имеют зонарно и секториально распределённые примеси, к-рые изменяют параметр решётки, что вызывает внутр. напряжения, дислокации и трещины. Последние возникают также из-за несоответствия параметров решёток затравки (подложки) и нарастающего на ней кристалла. Источниками внутр. напряжений И дислока- [c.501]

Локальные напряжения особенно велики у края образовавшейся трещины, где происходит концентрация напряжений, причём они тем больше, чем больше её размер. Если этот размер больше нек-рого критич. г , на атомы у края трещины действует напряжение, превосходящее 0Тт и трещина растёт дальше по всему сечению тела с большой скоростью — наступает разру-шенве. Величина определяется из условия, что освободившаяся при росте трещины упругая энергия материала покрывает затраты энергии на образование новой поверхности трещины г,. Еу с (где у — энергия единицы поверхности материала). Прежде чем возрастающее внеш. усилие достигнет необходимой для разрушения величины, отд. группы атомов, особенно входящие в состав дефектов в кристаллах, обычно испытывают перестройки, при к-рых локальные напряжения уменьшаются ( релаксируют ). В результате происходит необратимое изменение формы тела — пластич. деформация ей также способствуют термич. флуктуации, Разрушению всегда предшествует большая или меньшая пластич. деформация. Поэтому при оценке в энергию V должна быть включена работа пластич. деформации уР. Если пластич. деформация велика не только вблизи поверхности разрушения, но и в объёме тела, то разрушение вязкое. Разрушение без заметных следов пластич. деформации наз. х р у п к и м. Характер разрушения проявляется в структуре поверхности излома. В кристаллич. телах хрупкому разрушению отвечает скол по криста л лографяч. плоскостям спайности, вязкому — слияние микропустот я скольжение. При низкой темп-ре разрушение преим. хрупкое, при высокой — вязкое. Темп-ра перехода от вязкого к хрупкому разрушению наз. критич. темп-рой хладноломкости. [c.169]

Основой механосинтеза является механическая обработка твердых смесей, при которой происходят измельчение и пластическая деформация веществ, ускоряется массоперенос, а также осуществляется перемешивание компонентов смеси на атомарном уровне, активируется химическое взаимодействие твердых реагентов [103—105]. В результате механического воздействия в приконтактных областях твердого вещества создается поле напряжений. Релаксация его может происходить путем выделения тепла, образования новой поверхности, возникновения различных дефектов в кристаллах, возбуждения химических реакций в твердой фазе. Преимущественное направление релаксации зависит от свойств вещества, условий нагружения (мощности подведенной энергии, соотношения между давлением и сдвигом), размеров и формы частиц. По мере увеличения мощности механического импульса и времени воздействия происходит постепенный переход от релаксации путем выделения тепла к релаксации, связанной с разрушением, диспергированием и пластической деформацией материала и появлением аморфных структур различной природы. Наконец, каналом релаксации поля напряжений может быть химическая реакция, инициируемая разными механизмами, такими как прямое возбуждение и разрыв связи, которые могут реализоваться в вершине трещины, локальный тепловой разогрев, безызлучательный распад экситонов и др. [c.38]

Плотная структура слитков ЭШП характерна и для таких сталей, как Х8, ЭИ961, ЭИ481, которые склонны к образованию осевых дефектов (трещин) в обычных слитках. Однако следует отметить, что с переходом к производству крупных слитков. (более 10 т) необходимо особенно тщательно разрабатывать и соблюдать технологию ЭШП, ибо вследствие увеличения теплового сопротивления при кристаллизации могут возникать ликвационные явления. Поэтому важно обеспечить осевую или радиаль-но-осевую направленность кристаллов, что достигается в первую очередь регулированием скорости наплавления металла. [c.218]

Несимметричный бикристалл 1 содержит кристаллы, для которых разность упругой деформации на границе зерен имеет наибольшую величину из всех исследованных кристаллов. В этих образцах интеркристаллитное разрушение происходит уже при закалке. Эти бикристаллы характеризуются большой упругой анизотропией, поэтому термические напряжения на границе служат причиной образования трещин. [c.126]

Зерна сплавов Си — А1 — N1 успешно измельчают путем введения Т1 [73]. При добавке титана обнаруживается двойной эффект. Во-первых, в структуре слитков подавляется образование столбчатых кристаллов, а зона мелких равноосных кристаллов интенсивно развивается. Это приводит к предотвращению образования трещин при литье и прокатке. Во-вторых, при добавке титана не происходит огрубления структуры при нагреве после деформации. Таким образом, введение титана не только приводит к единовременному измельчению структуры, но и обеспечивает предотвращение роста зерен принагреве. В мелкозернистых образцах, изготовленных указанным способом, при испытаниях на сжатие возможна деформация на 20 % при Т > 300 °С, возможна также деформация растяжением этих образцов при Т > 350 °С, а при 650 °С наблюдается удлинение около 300 %, т.е. сплав проявляет сверхпластические свойства. Сплавы без добавки титана невозможно подвергнуть пластической деформации в холодном состоянии, но при введении титана возможны холодная прокатка или холодное волочение со степенью деформации около 10 %. [c.131]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...