1. Разрушение. Виды и признаки разрушений

В качественном отношении разрушение можно определить как разделение тела на части под действием напряжений. В количественном отношении – как катастрофическая потеря прочности. С точки зрения физики и механики твердого тела наиболее плодотворным является подход к разрушению как к процессу, который развивается во времени, проходит последовательно подготовительную, критическую и закритическую стадии и связан с образованием и распространением трещины.

Таким образом, под механическим разрушением понимается процесс разделения тела на части, сопровождающийся зарождением, распространением и развитием трещины под действием напряжений. При таком ограничении вскрывается важная сторона процессов разрушения – их локальный характер. Сопротивление разрушению на стадиях распространения и разрастания трещины до магистральной определяется не свойствами всего материала, а свойствами небольших объемов, расположенных на пути следования трещины.

Поскольку существует три вида напряжений: растягивающие – положительные нормальные, сжимающие – отрицательные нормальные, касательные (положительные), то следует ожидать и разный характер разрушения. Сжимающие напряжения сами по себе не могут вызвать разрушения. Оно происходит под действием растягивающих и касательных – отрыв и срез. Разрушение отрывом называется хрупким, срезом – вязким. На практике, как правило, разрушение носит смешанный характер. Чисто вязкое разрушения, происходящее при пластической деформации в результате соскальзывания одной части кристалла по другой или постепенного уменьшения сечения до нуля в физике прочности и пластичности не рассматривается.

Классификационные признаки хрупкого и вязкого разрушения

Для конкретизации понятия хрупкого и вязкого разрушения известным механиком Я.Б. Фридманом предложена классификация, включающая следующие признаки:

- характер силового воздействия (постоянная нагрузка, монотонно возрастающая, знакопеременная);

- ориентировка макроскопической поверхности разрушения – под прямым углом к действующей силе или под углом 45°;

- величина пластической деформации, предшествующая разрушению;

- структурное расположение поверхности разрушения – внутрикристаллитное, меж-кристаллитное, смешанное;

- степень развития разрушения – начальное (трещина меньше площади сечения тела), развитое, полное.

В дополнение к этим классификационным признакам В.М. Финкелем сделан акцент на энергетический аспект хрупкого разрушения, которое

- характеризуется малой энергоемкостью

- развивается автокаталитически при достижении определенного напряжения

- не требует дополнительного подвода энергии извне

. В настоящее время общепринятым является предложенное им определение: разрушение называется хрупким, если для его развития и завершения достаточно упругой энергии разрушаемой конструкции, т.е. энергоснабжение процесса обеспечивается за счет упругой разгрузки самого тела. Величина напряжения ниже макроскопического предела упругости, как правило, намного меньше расчетных. При этом суммарное удлинение не превышает 1-2 %, поверхность разрушения (излома) перпендикулярна действующей силе, трещина распространяется по границам зерен, излом блестящий. Рост хрупкой трещины на определенной стадии становится неуправляемым, ее распространение невозможно остановить, разрушение носит катастрофический характер.

Вязкое разрушение с этой точки зрения отличается от хрупкого тем, что для роста "вязкой" трещины требуется подвод энергии извне, т.е. необходимо непрерывное повышение действующего напряжения. При этом за счет уменьшения сечения тело теряет устойчивость, его несущая способность падает, и нагрузка снижается, но медленнее, чем площадь неповрежденного сечения. На этой стадии вязкое разрушение также может перейти в нестабильный, неуправляемый процесс, особенно при большом запасе упругой энергии системы. Однако ему предшествует значительная макропластическая деформация, так как оно развивается при напряжениях, превышающих предел текучести, и суммарная энергоемкость процесса велика. Скорость распространения "вязкой" трещины незначительна и сопоставима со скоростью деформации, а сам процесс роста невозможен без пластической деформации, которая достигает значительной величины. В результате вязкого разрушения образуется "косой" излом – его поверхность в макромасштабе наклонена под углом 45° к направлению действия максимального растягивающего напряжения, что указывает на решающую роль в этом виде разрушения касательных напряжений. Трещина распространяется по телу зерна, излом матовый.

Несмотря на классификационное разделение хрупкого и вязкого разрушений. необходимо помнить, что большинство металлов и сплавов (за исключением г.ц.к. металлов) могут разрушаться и тем и другим способом в зависимости от их структурного состояния и комбинации внешних условий, среди которых наиболее важными являются температура и скорость нагружения, схема напряженного состояния, свойства нагружающей системы и окружающей среды. В то же время с физической точки зрения потеря прочности материалом связывается с хрупким разрушением. Поэтому физической стороне хрупкого разрушения уделяется особое внимание как в теоретическом, так и прикладном аспектах.

2) Рекристаллизационный отжиг заключается в нагреве деформированного сплава до температур выше температуры окончания первичной рекристаллизации; применяется для снятия наклепа и получения мелкого зерна. У большинства алюминиевых сплавов при степени деформации 50 - 75 % температура начала рекристаллизации находится в пределах 290 - 400 С. После рекристаллизационного отжига сплавов, неупрочняемых термической обработкой, скорость охлаждения выбирают произвольно. Отжиг в качестве промежуточной операции применяют при холодной деформации или между горячей и холодной деформациями.

Есть два пути получения в сплавах ультрамелкозернистой микроструктуры, необходимой для перевода в сверхпластичное состояние: разработка и использование сплавов, в которых необходимая структура легко достигается путем регулирования их химического и фазового состава, и изыскание предварительной обработки, обеспечивающей получение мелкого зерна в сплавах практически любого состава. Между этими подходами нет противоречия, скорее, они дополняют друг друга. Однако второй путь более реален, поскольку подбор материалов для конкретных изделий производится, как правило, с учетом требований к эксплуатационным характеристикам материала, а не их технологичности, хотя последний фактор также учитывается. Отсюда ясно, что надо разрабатывать легко реализуемые в промышленности способы получения полуфабрикатов из обычных сплавов, способных к сверхпластическому течению.

Билет №17