1. Назначение фрактографии

Одним из объективных и информативных способов оценки качества металла является фрактография. С её помощью изучают поверхности разрушения. Исследование изломов позволяет выявлять локальные внутренние дефекты в металле, оценивать дефектность изделий, отбраковывать некондиционные на различных этапах технологического процесса.

Методом фрактографии можно определить доли вязкого и хрупкого разрушений при смешанном механизме разрушения.

Вязкое разрушение характеризуется волокнистым (чашечным) изломом и определённой величиной работы распространения трещины, а хрупкий – кристаллическим (ручьистым) изломом при практически нулевом значении работы распространения трещины.

Надёжным конструкционным материалом является такой, в котором работа распространения трещины не равна нулю.

2. Способы получения изломов

Изломы технологических проб и ударных образцов представляют поверхность разрушения, образующуюся при поперечном изгибе надрезанных образцов или проб.

Надрез наносят на поверхность образца со стороны, противоположной стороне приложения силы, при этом поверхность разрушения перпендикулярна максимальным растягивающим напряжениям и располагается вдоль направления приложенной нагрузки. Это связано с тем, что независимо от того, под действием каких сил происходит разрушение – нормальных (отрыв) или касательных (срез) – максимальные напряжения локализуются в поперечном сечении образца, проходящем через надрез. На практике принято оценивать качество сталей по виду излома проката толщиной больше20 мм..

Наиболее широко применяемая схема вырезки технологических проб на излом из проката представлена на рис. 1.1. Рекомендуемые размеры проб приведены на рис. 1.1 и табл.1.1.

Рисунок 1.1 схема вырезки, испытаний, форма и размеры образцов:

а - схема вырезки технологических проб из проката (1,2,3 соответственно продольная, поперечная и вертикальная пробы);

б - схема вырезки технологических проб на излом;

в - схема испытаний вертикальной пробы;

г - образцы для ударных испытаний

Таблица 1.1 Размеры проб на излом из проката

Толщина проката h, мм	Длина пробы 1, мм	Ширина пробы Ь, мм	Глубина надреза d,MM
4-9	300-250	60	20
10-19	200-250	75	25
20-40	300-350	90	30
41-70	300-400	100-120	30-60
71-100	300-400	100-120	30-70

3. Характер видов изломов в конструкционных сталях

В зависимости от условий и причин образования изломы по морфологии поверх­ности разрушения делятся на следующие три группы:

- изломы волокнистые и кристаллические;

- изломы, особенности строения которых обусловлены неоднородностью металла;

- изломы, в которых проявляются несплошности в металле.

Типичными изломами конструкционных сталей являются волокнистый и крис­таллический, причем вид излома зависит от температуры испытания, а температурный интервал, при котором происходит изменение характера разрушения, называют темпе­ратурным интервалом хрупкости, выше которого строение излома полностью волокни­стое, ниже - кристаллическое.

На температурный интервал хрупкости может оказывать влияние скорость дефор­мации, масштабный фактор (размеры технологической пробы) и геометрия надреза.

Чем меньше влияние перечисленных выше факторов на образование волокнисто­го излома при данной температуре испытания, тем можно считать волокнистый излом «более устойчивым». «Устойчивость» волокнистого излома повышается при увеличении интервала между температурой испытания и критической температурой хрупкости (КТХ).

Волокнистое строение изломов является признаком вязкого разрушения металла, которое сопровождается большей затратой энергии, чем разрушение того же образца с кристаллическим строением излома.

К первой группе отнесены все разновидности волокнистых и кристаллических (вязких и хрупких) изломов, которые образуются при различных структурных составля­ющих стали.

Волокнистые изломы в конструкционных сталях подразделяются на собственно волокнистые, наблюдаемые после закалки с высоким отпуском, сухие волокнистые - по­сле закалки с низким отпуском, неоднородные волокнистые - в деформированных ста­лях, обусловленные химической неоднородностью металла. Характер неоднородного волокнистого излома зависит от направления вырезки проб или образцов. Различают волокнисто - полосчатые изломы (поперечные пробы), вырывы в волокнистом изломе (продольные пробы), волокнисто - чешуйчатые изломы (вертикальные пробы).

Вид кристаллических изломов связан с размером фасеток разрушения, обуслов­ленных величиной зерен. Различают кристаллические и мелкокристаллические изломы, подразделяющиеся в свою очередь на бархатистые и фарфоровидные.

Ко второй группе изломов относятся изломы, отклонения строения которых от волокнистых и кристаллических обусловлено неоднородностью строения металла. Эти отклонения вызываются:

- химической микронеоднородностью (дендритный излом, сколы в дендритном изломе, шиферный излом, светлые полосы в изломе);

- химической макронеоднородностью (белые пятна в изломе и черный излом);

- воздействие на металл высоких температур (нафталинистый, камневидный, шестоватый, гречневидный и зерногранично-окисленный изломы).

К третьей группе относятся изломы, особенности строения которых обусловле­ны несплошностями, существующими в металле; эти несплошности вызываются при­чинами:

- уменьшением объема жидкого металла в процессе кристаллизации (усадочные раковины, рыхлоты);

- образованием пористости в отливках за счет газовыделения и ликватов при кристаллизации жидкого металла (землистый излом);

- образованием расслоений при деформации литого металла с несплошностями (расслоения, древовидный излом);

- образованием трещин в локальных участках, обусловленных повышенным со­держанием газов, главным образом водорода (флокены, светлые пятна), и по­вышенным содержанием ликватов, включений;

- образованием трещин, обусловленных внутренними напряжениями в металле (термические трещины, деформационные трещины);

- несплошностями в металле, заварившимися в процессе горячей деформации (серебристые линии).