13.3.2. Пластичные изломы

Пластичные или вязкие изломы металлов (медь, алюминий, свинец и т.д.) обычно противопоставляются хрупким изломам. Характерные особенности строения поверхности пластичных изломов определяются тем, что они образуются при макроскопической пластической деформации, значительной по величине и проходящей в сравнительно большом объеме до и в процессе разрушения.

Возникновение пластичного излома обычно означает, что материал до разрушения выдержал нагрузку, соизмеримую с пределом прочности, то есть соответствующую так называемой расчетной нагрузке и потому «преждевременного» разрушения, столь опасного при хрупком разрушении, не произошло. Причинами возникновения пластичных изломов в процессе эксплуатации обычно являются значительные перегрузки, возникающие либо вследствие резкого нарушения нормальных условий работы конструкции, например, вторичные разрушения при перегрузках после предварительного выхода из строя отдельных элементов, либо вследствие ошибки, допущенной при расчете на прочность.

Наличие следов пластической деформации сказывается, прежде всего, на волокнистости излома и вытянутости волокон; разрушение вытянутых волокон происходит с образованием матовых, большей частью темных по окраске площадок разрушения, пластичный излом, вследствие сильной деформации поверхностных зерен не имеет кристаллического блеска.

Помимо скосов на пластичных изломах, в случае действия изгибающих нагрузок, может наблюдаться «загнутость» краев, возникающая вследствие значительного деформирования материала в этих зонах, и никогда не наблюдаемая на хрупких изломах.

При осевом растяжении пластичных материалов возникает два основных вида изломов:

- изломы, целиком расположенные по поверхностям среза – это косые изломы и изломы, расположенные по поверхности конуса для исходного круглого поперечного сечения и ножеобразные изломы для тонких сечений прямоугольной формы. Косые изломы чаще возникают у материалов с ограниченной способностью к местной пластической деформации и относительно пониженным значением сопротивления разрушению срезом;

Изломы, проходящие после развития шейки на растягиваемом образце частично по поверхности макроотрыва, частично по поверхности макросреза – это изломы «чашечкой» и «звездочкой». Те и другие характеризуются наличием волокнистой сердцевины, расположенной перпендикулярно направлению максимальных растягивающих напряжений и боковых скосов, проходящих под углом 45° к направлению σ_max.

Излом «звездочкой» отличается от излома «чашечкой» тем, что на изломах звездочкой рубцы представляют собой крупные, радиально расположенные возвышения, у которых одна стенка почти перпендикулярна, а другая наклонена к поверхности излома.

Изломы чашечкой можно подразделить на изломы с гладким и шероховатым дном чашечки. На изломах с гладким дном рубцы почти незаметны. Степень шероховатости дна чашечки увеличивается по мере увеличения пластичности материала.

13.3.3. Усталостные изломы

В авиации, железнодорожном и автомобильном транспорте, машино- и станкостроении и в других областях техники усталостные изломы являются наиболее распространенным видом разрушения машин, конструкций и механизмов. Поэтому умение анализировать усталостные изломы часто имеет решающее значение для установления причин поломок.

Усталостные изломы возникают после многократного нагружения образцов или деталей при напряжениях, обычно не превышающих предел текучести материала, или более низких. Этим объясняется отсутствие следов макропластической деформации на участке собственно усталостного развития излома.

Зарождению усталостной трещины, обнаруживаемой существующими экспериментальными методами, предшествует возникновение сдвигов и образование первоначальных или зародышевых трещин. Некоторые из трещин, располагающиеся в относительно наиболее напряженном месте, сливаются и дают начало основной или магистральной усталостной трещине. На пути продвижения магистральной усталостной трещины происходят пластические деформации в микрообъемах. Поэтому усталостные изломы по признакам 1 рода (макроскопическим) нужно отнести к категории хрупких, однако при микроскопическом рассмотрении они являются пластичными.

Строение усталостных изломов определяется в основном тремя условиями:

- способом нагружения в процессе зарождения и развития усталостной трещины;

- сопротивлением детали, определяемым ее геометрией, свойствами материала и состоянием поверхности;

- внешней средой (температурой, коррозионными воздействиями и пр.).

В настоящее время термин «усталостный излом» объединяет несколько групп изломов:

- типичные усталостные изломы;

- повторно-статические изломы, а также повторно-ударные изломы;

- ударно-усталостные изломы;

- коррозионно-усталостные изломы;

- изломы термической усталости;

- усталостные изломы при повышенных температурах.