Лабораторная работа № 5. Пластичные изломы

Пластичные изломы

Пластичные (вязкие) изломы металлов (меди, алюминия, свинца и т.п.) обычно противопоставляют хрупким изломам. Характерные особенности строения поверхности пластичных изломов определяется тем, что они возникают при макроскопической пластической деформации, значительной по величине и проходящей в сравнительно большом объеме до и в процессе разрушения. Стальные изделия, имеющие волокнистое строение излома, как правило, обладают высоким значением ударной вязкости, что обычно указывает на отсутствие дефектов термической обработки.

Рис. 15. Излом «чашечкой» разрывного цилиндрического образца, х 9.

Пластичные изломы легированных конструкционных сталей после закалки и отпуска при 200-500^о характеризуются «строчечными» неровностями.

Последние представляют собой другую, отличную от рубцов систему неровностей, почти незаметных при рассмотрении невооруженным глазом. Расположены они нормально к рубцам в виде мелких борозд и гребней и в совокупности представляют собой сходно ориентированные строчки. На рис. 15 показан излом чашечкой образца из стали 40ХНМА после закалки и отпуска при 300^о.

На поверхности излома имеются два вида неровностей: рубцы и неровности строчечного характера. В зоне, прилегающей к центру разрушения, все неровности более мелкие как по высоте, так и по протяженности в длину, поэтому здесь они скорее напоминают отдельно расположенные холмики.

Ряд дефектов материала проявляется в изломах только при условии достаточно пластичного характера разрушения. Так, напри­мер, на достаточно вязких изломах яснее наблюдается шиферность, а также расслоения и «зевки», появление которых связано с раз­личной способностью к деформированию соседних групп волокон. Наличие на изломе этих дефектов и деталей строения также является в той или иной степени признаком пластичного разру­шения.

1. При осевом растяжении пластичных материалов возникает два основных вида изломов:

1) Изломы, целиком расположенные по поверхностям среза; это — косые изломы и изломы по поверхности конуса для исход­ного круглого поперечного сечения и ножеобразные изломы для тонких сечений прямоугольной формы. Косые изломы чаше возни­кают у материалов с ограниченной способностью к местной пласти­ческой деформации и относительно пониженным значением сопро­тивления разрушению путем среза, например, у магниевых и многих алюминиевых деформируемых сплавов (рис. 16).

Рис. 16. Косой излом разрывного цилиндрического образца из сплава Д16Т, х 4.

2) Изломы, проходящие после развития шейки на растягиваемом образце частично по поверхности макроотрыва, частично по поверх­ности макросреза. Это — изломы «чашечкой» (рис. 15) и «звездочкой» (рис. 17).

Рис. 17. Излом «звездочкой» разрывного цилиндрического образца из стали 30ХГСА после закалки и отпуска при 570°. х 7.

Те и другие характеризуются наличием волокнистой сердцевины, расположенной перпендикулярно направлению максимальных растягивающих напряжений и боко­вых скосов, проходящих примерно под углом 45° к направле­нию σ_max.

Излом звездочкой отличается от излома чашечкой тем, что на изломах звездочкой рубцы представляют собой крупные, ра-диально расположенные возвышения, у которых одна стенка почти перпендикулярна, а другая наклонена к поверхности излома. Вдоль лучей звездочки, вверху, часто наблюдаются трещины. Образо­вание вертикальных стенок и радиальных трещин объясняется, по-видимому, пониженными поперечными свойствами материалов. При растяжении круглых образцов из пластичных материалов обра­зовавшаяся шейка создает условия объемно-напряженного состояния в сечениях шейки. Кольцевые нормальные напряжения в этих зонах становятся почти равными осевым напряжениям. При таких усло­виях в материале с пониженными свойствами в поперечном направлении возможно разрушение по вертикальным сечениям, а также образование радиальных трещин.

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

На изломах наиболее пластичных материалов, таких как медь, пластичные алюминиевые сплавы (АМг и АМц по ГОСТ 4784-49 и др.) отсутствуют радиальные рубцы, а неровности строчечного характера становятся очень крупными. На таких изломах они скорее пред­ставляют собой концентрически расположенные кольцевые неров­ности (фиг. 18).

Рис. 18. Излом разрывного цилиндрического образца, на поверхности имеются очень крупные строчечные неровности, рубцы отсутствуют (отожженная медь, φ = 80%), х 6

Пластичные (вязкие) изломы, полученные при изгибе, волок­нистые, темные по окраске, лишены всякого блеска. Они отличаются значительной величиной боковых скосов и большой их изогнутостью. В зоне сжатия вязкие изломы имеют «шелковистый» вид, кроме того обычно здесь расположен небольшой уступ.

При однократном кручении пластичные материалы дают поверх­ность излома, которая почти вся проходит по нормали к оси образца, т. е. по одной из двух поверхностей действия максимальных каса­тельных напряжений (вторая — продольная — поверхность при де­формации переходит в винтовую). Только посредине, около самого центра образца имеется небольшая шероховатая зона (рис. 19).

Наблюдаются случаи, когда эта зона бывает смещена относительно центра образца. Поверхность излома гладкая и бле­стящая, хотя при более тщательном рассмотрении можно обнару­жить, что на изломах имеются чешуйчатообразные выступы, более заметные около центрального возвышения.

Рис. 19. Излом цилиндрического образца при кручении (сталт 40НМА после закалки и отпуска при 550°), х 5.

Разрушение при кручении, по-видимому, всегда начинается у поверхности образца, где напряжения достигают максимума.