Возникновение изломов при разрушении от ползучести

Министерство  образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра МиТОМ 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

по дисциплине «Механика разрушения и анализ поверхности            излома»

на тему: «Возникновение изломов при разрушении от ползучести» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:

студентка гр.МТ-07

Зубатенко М.А.

Проверила:

доцент, к.т.н.

Якушечкина  Л.И. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Мариуполь, 2011г.

Введение 

       Явление ползучести было замечено К. Навье (1826), Г. Кориолисом (1830 г.), но впервые количественно изучено Л. Вика (1834 г.). Систематические исследования ползучести металлов и сплавов, резин, стекол относятся к началу XX века и особенно к 40-м годам, когда в связи с развитием техники столкнулись, например, с ползучестью дисков и лопаток паровых и газовых турбин, реактивных двигателей и ракет, в которых значительный нагрев сочетается с механическими нагрузками. Потребовались конструкционные материалы (жаропрочные сплавы), детали из которых выдерживали бы нагрузки длительное время при повышенных температурах. Долгое время считали, что ползучесть может происходить только при повышенных температурах, однако ползучесть имеет место и при очень низких температурах, так, например, в кадмии заметная ползучесть наблюдается при температуре −269 С°, а у железа — при −169 С°. 

        Ползучесть описывается так называемой кривой ползучести, которая представляет собой зависимость деформации от времени при постоянных температуре и приложенной нагрузке (или напряжении).

Её условно  делят на три участка, или стадии:

• АВ — участок неустановившейся (или затухающей) ползучести (стадия I),
• BC — участок установившейся ползучести — деформации, идущей с постоянной скоростью (стадия II),
• CD — участок ускоренной ползучести (стадия III), переход в III стадию связан с накоплением повреждения материала (поры, микротрещины), образование которых начинается уже на I и II стадиях
• E₀ — деформация в момент приложения нагрузки (стадия IV),
• точка D — момент разрушения.

1. Изломы длительного статического нагружения 

       Возникают под действием изменяющейся  в основном монотонно нагрузки; при этом продолжительность стадии  неменяющейся нагрузки соизмерима  с продолжительностью стадии  процесса развития повреждений,  приводящих к разрушению.

       К характерным особенностям подобных  изломов относятся преимущественно  межзеренное разрушение, наличие  разветвленных и множественных  трещин, трудно выявляемый очаг  разрушения. Последнее связано с  тем, что разрушение начинается  почти одновременно из многих центров, поверхность, состоящая из межзеренных фасеток, однородна и рубцы, указывающие направление развития трещины, как правило, отсутствуют. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Изломы  при разрушении от ползучести

     Разрушением при ползучести называют разрушение, наступающее в материале от длительного действия статического нагружения в условиях повышенных температур.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

     Изменение свойств материала, длительно работающего  при высокой температуре, является следствием диффузионных, дислокационных процессов. Время возникновения макротрещин и кинетика их развития, скорость и характер распространения, количество, последовательность возникновения определяются, помимо структуры материала, уровнем температуры и напряжения. Повышение напряжения уменьшает относительное время жизни образцов с трещиной. Для каждой температуры испытания есть пороговые напряжения, ниже которых трещины практически не растут за выбранный промежуток времени. «Заброс» температуры для материала опасен тем, что при этом могут возникнуть зародыши трещин. Зародышевые трещины при последующем действии напряжений выше пороговых значительно ускоряют окончательное разрушение.

     Типичным  для длительного высокотемпературного нагружения является межзёренное разрушение, однако возможно и внутреннее разрушение, возможность которого определяется скоростью деформирования и температурой. Для каждого материала критическая  скорость деформирования, определяющая переход от разрушения по телу зёрен (в области высоких напряжений и соответственно высоких скоростей деформации) к разрушениям по границам зёрен (для скоростей деформации), для данной температуры являются достаточно постоянной величиной. На переход от внутреннего к межзёренному разрушению существенное влияние оказывает состояние материала. В случае дефектности границ зёрен (сильный пережог, перегрев, легкоплавкие примеси и т.д.) происходит преимущественно межзёренное разрушение и в области высоких напряжений. С повышением температуры переход от внутри - к межзёренному разрушению смещается в сторону более высоких скоростей деформации. Межзёренное разрушение обычно возникает при температуре  

≈0,5Тпл  или более высокой.

       Существует два различных механизма межзеренного разрушения при ползучести:

1) при  действии высоких температур  характерным является разрушение  путем образования и роста пор в приграничных зонах;                                      2) при относительно невысоких температурах, когда существенную роль в качестве концентраторов напряжений играют стыки зерен, разрушение проходит путем проскальзывания по границам зерен 
 

3. Электронно-фракто-графическое  исследование

       При электронно-фракто-графическом исследовании в первом случае (при действии высоких температур характерным является разрушение путем образования и роста пор в приграничных зонах) на поверхности излома наблюдается мелкоямочный рельеф, во втором (при относительно невысоких температурах, когда существенную роль в качестве концентраторов напряжений играют стыки зерен, разрушение проходит путем проскальзывания по границам зерен.) наблюдаются следы сдвиговой деформации.         

       Отличительной чертой данных изломов, имеющих зернистое макростроение, является наличие на поверхности межзеренных фасеток мелкоямочного рельефа и (или) следов сдвиговой деформации (в зависимости от механизма межзеренного разрушения при ползучести).  
       Если размер фасетки межкристаллитного разрушения меньше размера фасетки транскристаллитного скола, то имеет место межсубзеренное разрушение, в ином случае межзеренное. 

Фасетка межзеренная (межсубзеренная)  (рис 1а, б) - фасетка в виде многоугольника, образующаяся при разрушении по одной грани зерна (субзерна).

Рис. 1                         

       а                                                                            б 
 

       Ямки (рис 2 а, б) - микроуглубления на поверхности разрушения, представляющие собой вскрытые поверхности микропустот, образующихся в процессе пластического течения металла.

Примечания.

1. Очагом зарождения  микропустот могут служить частицы  неметаллических включений или  вторых фаз, микронесплошности  на границах зерен, субзерен  и на плоскостях сдвига.                                                                                           2. Форма (конфигурация) ямок (равноосная, вытянутая, параболическая, цилиндрическая, неправильной формы) определяется напряженным состоянием и формой инициатора образования ямки.                                        3. Глубина ямок (высота перемычек между ними) есть мера способности материала к пластической деформации.

Рис.2

  а                                                                 б