Деформация и разрушение металлов

3.2 Особенности разрушения металлов

Процесс деформации при достижении достаточно высоких напряжений заканчивается разрушением. Процесс разрушения с

остоит из двух стадий — зарождения трещины и ее распространения через все сечение образца (детали).

Разрушение есть многостадийный процесс, в течение которого меняется форма, размеры и микроскопические механизмы роста трещины. На микроскопическом уровне различают:

а) разрушение, когда развивающийся процесс скольжения формирует плоскость будущего излома; последующий процесс отрыва идет по поверхности раздела ( границ зерен) или по плоскостям спайности;

б) смешанные — плоскости излома проходят и через зерна и между ними.

На практике разрушение подразделяют на хрупкое, вязкое и усталостное.

Хрупкое разрушение происходит без макроскопической де формации или с очень малой деформацией, и начинаемся обычно на внешних рисках, подрезах или на уже имеющихся трещинах. Хрупкому разрушению способствуют следующие факторы:

—конструктивная форма: насечки, резьба, риски, резкое изменение сечения;

—технологические: дефекты сварки, закалки, шлифования, высокие напряжения;

—условия нагружения: низкие температуры, ударные нагрузки, многоосное напряженное состояние;

—структура материала: крупные зерна, фазы выделения на границах зерен, старение, неблагоприятные примеси и включения;

—внешние условия: коррозионная среда — коррозионное растрескивание.

Вязкое разрушение сопровождается значительной пластической деформацией и является результатом медленного разрастания достаточно длинных трещин. Разрушение происходит путем образования пор и путем медленного роста ступенчатой трещины при образовании полостей и ямок перед се вершиной.

Вязкое разрушение обусловлено малой скоростью распространения трещины. Скорость распространения хрупкой трещины весьма велика — она близка к скорости звука, поэтому нередко хрупкое разрушение называют «внезапным» или «катастрофическим» разрушением.

С точки зрения микроструктуры существуют два вида разрушения — транскристаллитное и интеркристаллитное. При транскристаллитном разрушении трещина распространяется по телу зерна, а при интеркристаллитном она проходит по границам зерна.

По внешнему виду излома (визуальное наблюдение) можно судить о характере разрушения. Волокнистый (матовый) излом свидетельствует о вязком разрушении, кристаллический (светлый) излом является результатом хрупкого разрушения.

Изучение тонкой структуры излома с помощью электронного микроскопа (микрофракгография) позволяет более уверенно судить о вязком или хрупком характере разрушения. Вязкое разрушение характеризуется «чашечным» микростроением излома. При этом виде разрушения происходит образование внутренних микрообластей («чашек») с последующим удлинением этих локальных очагов разрушения и разрывом перемычек, разделяющих их.

Хрупкое разрушение характеризуется «ручьистым» поверхности излома. Хрупкая трещина распространяется по нескольким параллельным плоскостям. Ступени при разрушении сливаются, образуя ручьистый узор.

Вязкий чашечный и хрупкий ручьистый изломы относятся к транскристаллитному разрушению.

Многие металлы ( Fe, W, Zn и др), в зависимости от температуры могут разрушаться как вязко, так и хрупко. Понижение температуры обусловливает переход от вязкого к хрупкому разрушению. Это явление получило название хладноломкость.

1-«чашечный» излом, 2- «ручьистая» поверхность излома

Усталостные разрушения возникают при циклическом нагружении, приводящем к необратимому накоплению повреждений, являющихся очагами будущего разрушения. Накопление повреждений происходит в три стадии: 1) упрочнение (возникновение, движение и скопление дислокаций), 2) образование трещин (при незначительном движении дислокаций на поверхности возникают экструзии — маленькие и интрузии — маленькие впадины (канавки), приводящие к образованию зародышевых трещин); 3) рост зародышевых трещин.[5]

3.3 Деформация металлов и их износ

В процессе эксплуатации все элементы изнашиваются, повреждаются и постепенно теряют свои прочностные характеристики.

Износ — изменение размеров, формы, массы или состояния поверхности изделия или инструмента вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя металла при трении. Износ приводит к снижению функциональных качеств и к потере их потребительской ценности.

Различают три группы изнашивания:

- механическое,

- молекулярно-механическое

- коррозионно-механическое.

Механическое изнашивание возникает в результате воздействия твердых частиц на трущиеся поверхности.

Молекулярно-механическое изнашивание получается в результате одновременного механического воздействия и воздействия молекулярных или атомных сил (схватывание с последующим разрушением металла в местах схватывания).

Коррозионно-механическое изнашивание есть изнашивание при трении металла, вступившего в химическое взаимодействие со средой. Характеризуется образованием пленок окислов, химических соединений и последующим разрушением этих образований, т. е. происходит в результате окислительного изнашивания.

Трение – является основной причиной изнашивания. Принято различать трение покоя двух тел при предварительном смещении, трение движения двух тел, находящихся в относительном движении, трение скольжения, качения.

Трение скольжения обусловлено тем, что скорости соприкасающихся металлов в точках касания различны. При трении скольжения одна и та же зона одного металла соприкасается с различными зонами другого.

Трение качения характеризуется условиями, когда скорости соприкасающихся деталей металла в точках касания одинаковы по величине и направлению.

Для трения скольжения характерно истирание деталей металла, а для трения качения — смятие и выкрашивание.

Изнашивание деталей, образующих неподвижные сопряжения, зависит от значения силы трения покоя. Для подвижных сопряжений изнашивание деталей металла будет зависеть от характера относительного перемещения трущихся поверхностей и от характера их смазывания.

Изнашивание зависит от металла и качества трущихся поверхностей, от характера и скорости их взаимного перемещения, от характера контакта, вида и значения нагрузки, вида трения и многих других факторов. Увеличению износостойкости изделий способствуют применение материалов или металлов с высокой износостойкостью.[7]

Выводы

Рассмотрев деформацию и разрушение материалов и металлов, хочу сказать, что эта тема является очень актуальной на сегодняшний день. Все сооружения, конструкции сделаны из различных по свойству, по качеству материалов. Нужно постоянно изучать их, делать выводы, устранять какие-то ошибки, качественней проводить эксперименты для того, чтоб эти сооружения, предметы могли соответствующе функционировать и даже улучшать их качество, чтоб они меньше подвергались деформации. Ведь нельзя представить хоть что-то без металлов. Ученые постоянно следят за металлами, открывают новые.

 Скачать реферат