Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
*) Подобным материалом является сталь, в которой вследствие присутствия определенных легирующих элементов фазовые превращения идут медленно; в таких сталях при относительно малых скоростях охлаждения образуется легированный мартенсит.
384
Глава 15
Быстро движущаяся трещина вызывает впереди себя лишь небольшую деформацию, тогда как медленно увеличивающаяся оставляет достаточное время для протекания заметной пластической деформации. Удачная иллюстрация подобной деформации перед распространяющейся трещиной была получена при исследовании дислокационной картины в зоне перед остановленной трещиной методом ямок травления на кристаллах фтористого лития [35|. Связь между рельефом «речного узора» и скоростью трещины можно показать на образцах цинка, кремнистого железа или фтористого лития
1
і
Ф и г. 15.12. Поверхность разрушения монокристалла цинка с «речным узором», полученная в результате сначала частичного, а затем полного разрушения в жидком азоте,
XlOO (Гилман).
путем прерывистого испытания на разрушение, в процессе которого разрушение частично происходит, скажем, при 77 К и заканчивается при комнатной температуре. В результате подобного эксперимента можно обнаружить, что «речной узор» получается интенсивнее при более высокой температуре, когда трещина движется с меньшей скоростью. Аналогично если при определенной температуре остановить движение трещины, интенсивность «речного узора» увеличится в зоне торможения трещины и снова уменьшится при возобновлении ее движения (фиг. 15.12).
Возвращаясь к поликристаллическим металлам, представляет интерес рассмотреть связь между микроструктурой и температурным интервалом перехода. При температурах ниже температуры перехода поверхность разрушения представляет собой стопроцентный скол, однако выше температуры перехода удается обнаружить хрупкие микротрещины, зоны распространения которых обычно бывают ограничены отдельными зернами [36]. Трещины образуются не более чем в 2% общего числа зерен и лишь в тех зернах, которые уже подверглись предварительной деформации. Эти микро-
Разрушение
385
трещины не вызывают хрупкого разрушения выше температуры перехода; отсюда можно сделать вывод, что условия, приводящие к зарождению трещины, не обязательно являются достаточными для того, чтобы эта трещина распространялась по всему сечению образца. Таким образом, мы приходим к заключению, что процессы зарождения и распространения трещины различны по своей физической природе.
Исследование микроструктур разрушения ясно показывает, что границы зерен являются главным препятствием распространению трещин; некоторые зерна могут быть даже настолько неблагоприятно расположены по отношению к движущейся трещине, что они разрушаются в результате вязкого разрыва. В общем микроскопические исследования подтверждают ту точку зрения, согласно которой повышенное сопротивление разрушению мелкозернистых материалов объясняется не только тем, что в них затруднен процесс зарождения трещин, то также и тем, что они обладают повышенным сопротивлением распространению трещин.
§ 10* Сопротивление разрушению
В последние годы особое внимание уделяется исследованию условий распространения трещин в конструкционных материалах, таких, как стали. Напряжение, необходимое для разрушения образца в процессе обычных механических испытаний, не дает прямой и надежной информации относительно возможного развития разрушения в конструкциях, в которых часто трещины появляются и распространяются под действием напряжений, меньших чем макроскопический предел текучести материалов, измеренный при испытаниях на растяжение. Различные материалы характеризуются разными условиями распространения трещин, поэтому в любом случае важно знать, какое напряжение необходимо для распространения трещин данного типа. Это напряжение зависит не только от материала, но также и от формы конструкции, так как последняя определяет форму трещины и распределение напряжений в ее окрестности.
Как мы уже видели, для кристаллических тел можно получить критерий распространения трещины, видоизменив критерий Гриффита с учетом того, что член, определяющий поверхностную энергию, должен быть больше за счет работы, затраченной на пластическую деформацию, сопровождающую распространение трещин. Ирвин [371 и Орован [9] установили, что этот вклад, обусловленный деформацией, фактически является доминирующим. Процесс распространения трещины в напряженном материале характеризуется определенным удельным расходом энергии (т. е. расходом энергии на единицу поверхности образовавшейся трещины), который обычно обозначают Ирвин [381 показал, что этот удельный расход энергии можно выразить следующим образом:
где P — нагрузка, е — деформация. Приведенную формулу можпо использовать для экспериментального определения У путем измерения е как функции размера трещины с. Переход от медленного к быстрому разрушению характеризуется критическим значением $кр, которое является мерой сопротивления разрушению.
Ирвин [381 предложил другой критерий сопротивления разрушению — критерий интенсивности напряжения, который, как он показал, эквивалентен энергетическому критерию. Разрушение наступает, когда достигается критическое распределение напряжений, которое характеризуется фактором интенсивности напряжения К; последний определяется приложенным напряжением и геометрией трещины. Для бесконечной пластины
