РД 50-672-88: Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Классификация видов изломов металлов

Терминология РД 50-672-88: Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Классификация видов изломов металлов:

1.6. Внутризеренный излом (черт. 3, 4, 6) - излом, образующийся при разрушении по телу зерна.

Определения термина из разных документов: Внутризеренный излом

2.2.2. Волокнистый излом (черт. 21)- матовая шероховатая поверхность разрушения, как правило, с признаками пластической деформации (утяжка, расходящиеся рубцы).

Волокнистый излом является признаком вязкого разрушения. При рассмотрении на микроуровне на изломе выявляются ямки, фасетки квазискола (пп. 1.3.1.2, 1.3.2).

Черт. 21

Определения термина из разных документов: Волокнистый излом

2.6.3. Вязкий излом

Характеризуется условно высокой (в зависимости от материала и вида нагружения) работой разрушения.

Примечания к разд. 2.

1. Характерные признаки разрушения на макро- и микроуровнях могут и не совпадать: например, изломы, имеющие сотовый рельеф, являются вязкими по механизму разрушения, но хрупкими по энергии разрушения. Иногда при наличии значительной макропластической деформации (большая утяжка) излом может быть хрупким по виду микрорельефа и механизму разрушения.

Таким образом, только комплексная оценка излома по всем возможным признакам позволяет всесторонне и достоверно охарактеризовать поведение материала при разрушении.

2. Классификация может быть дополнена по признакам, по которым она проводится, по видам изломов и особенностям разрушения.

Определения термина из разных документов: Вязкий излом

1.3.3. Гребень (черт. 9а, б) - вытянутый участок, возвышающийся над поверхностью разрушения (на обеих половинах излома), образовавшийся в результате пластической деформации и разрушения перемычек между другими элементами излома.

а - ПЭМ, 9400^´                                                            б - РЭМ, 5000^´

Черт. 9а, б

Определения термина из разных документов: Гребень

2.2.3. Дендритный излом (черт. 24) - неоднородная поверхность разрушения, характеризующаяся наличием столбчатых кристаллов с четко выраженным рельефом элементов дендритного строения металла.

Характерен в основном для литых материалов. Разрушение с образованием дендритного излома может носить и вязкий, и хрупкий характер. В первом случае поверхность разрушения выглядит матовой, серого цвета; во втором случае - светлой и блестящей.

Определения термина из разных документов: Дендритный излом

1.8. Дефект в изломе - дефект строения металла, проявляющийся на поверхности разрушения.

2.1. Классификация по макрогеометрии излома

Определения термина из разных документов: Дефект в изломе

1.3.10. Зона вытягивания (черт. 14) - сглаженный (нередко бесструктурный) участок микрорельефа, отвечающий зоне страгивания трещины при наличии пластического затупления ее вершины при всех видах нагружения.

В усталостном изломе зона вытягивания - участок поверхности разрушения, ограниченный с одной стороны фронтом усталостной трещины и с другой - микрообразованиями хрупкого (скольного) или вязкого (ямочного) типа.

К микрофрактографическим признакам зоны вытягивания относятся также сдвиговые микрообразования и вытянутые ямки.

ПЭМ, 5000^´

Черт. 14

Определения термина из разных документов: Зона вытягивания

1.2.4. Зона долома (черт. 1) - участок излома, соответствующий конечной стадии разрушения.

Определения термина из разных документов: Зона долома

1.2.1. Зона излома - участок поверхности разрушения, характеризующийся строением, отличным от строения других частей излома.

Определения термина из разных документов: Зона излома

1.1. Излом - поверхность раздела, возникающая при разрушении объекта.

Определения термина из разных документов: Излом

2.3.2. Изломы длительного статического нагружения

Возникают под действием изменяющейся в основном монотонно нагрузки; при этом продолжительность стадии неменяющейся нагрузки соизмерима с продолжительностью стадии процесса развития повреждений, приводящих к разрушению.

К характерным особенностям подобных изломов относятся преимущественно межзеренное разрушение, наличие разветвленных и множественных трещин, трудно выявляемый очаг разрушения. Последнее связано с тем, что разрушение начинается почти одновременно из многих центров, поверхность, состоящая из межзеренных фасеток, однородна и рубцы, указывающие направление развития трещины, как правило, отсутствуют.

Различают:

2.3.2.1. Изломы замедленного разрушения

Возникают в результате длительного статического нагружения при:

комнатной температуре и без воздействия коррозионной среды;

напряжениях, меньших условного предела текучести с существенным влиянием на разрушение окружающей среды (например, влажного воздуха);

действии внутренних растягивающих напряжений.

К характерным признакам относится наличие на поверхности разрушения, как правило, двух зон: зоны замедленного разрушения (блестящей, имеющей зернистое строение при межзеренном или кристаллическое строение при внутризеренном разрушении) и зоны долома с кристаллическим и (или) волокнистым строением (в зависимости от материала).

В зоне замедленного разрушения могут наблюдаться тонкие кольцевые линии (макрознаки), ориентированные нормально к направлению распространения трещины и являющиеся следами фронта разрушения. Подобные линии можно принять за усталостные. Для окончательного суждения о природе разрушения необходимо микрофрактографическое исследование.

2.3.2.2. Изломы ползучести

Возникают в результате длительного статического нагружения при различных температурах и при неустановленном влиянии (на разрушение) окружающей среды.

Отличительной чертой данных изломов, имеющих зернистое макростроение, является наличие на поверхности межзеренных фасеток мелкоямочного рельефа и (или) следов сдвиговой деформации (в зависимости от механизма межзеренного разрушения при ползучести).

2.3.2.3. Изломы «коррозионного растрескивания»

Возникают в результате длительного статического нагружения при воздействии коррозионной среды.

Характеризуются многоочаговым характером разрушения, сильной шероховатостью и большим количеством трещин, выходящих на поверхность разрушения. Начальная зона разрушения нередко выглядит матовой, темной, покрытой продуктами коррозии.

Определения термина из разных документов: Изломы длительного статического нагружения

2.3.1. Изломы кратковременного однократного статического и динамического нагружения

Возникают под действием изменяющейся в основном монотонно нагрузки; при этом продолжительность стадии постоянной нагрузки либо равна нулю, либо весьма мала по сравнению с общей продолжительностью процесса нагружения.

Подобные изломы подразделяются на вязкие (пластичные) и хрупкие, характерные особенности которых изложены в п. 2.2.

Определения термина из разных документов: Изломы кратковременного однократного статического и динамического нагружения

2.3.3. Изломы циклического нагружения (усталостные изломы)

Возникают в результате действия нагрузки, периодически и многократно изменяющейся в процессе нагружения и разрушения (в широком диапазоне частот и коэффициентов ассиметрии цикла).

Различают:

2.3.3.1. Многоцикловые усталостные изломы (черт. 1)

Усталостное повреждение или разрушение происходит в основном при упругом деформировании.

Типично усталостный излом характеризуется, как правило, наличием на поверхности разрушения нескольких зон:

зоны с более ровной и блестящей («притертой») поверхностью, которая включает в себя очаг разрушения и зону стабильного развития трещины; зоны долома (п. 1.2.5), как правило, характеризующейся значительной (по сравнению с «притертой» зоной) шероховатостью;

переходной зоны (зоны ускоренного по сравнению с «притертой» зоной развития трещины), которую не всегда удается выделить.

При рассмотрении на микроуровне выявляются усталостные бороздки, плато, траковые следы, межзеренные фасетки, а также все элементы микрорельефа, характерные для разрушения при статическом нагружении.

2.3.3.2. Малоцикловые усталостные изломы

Усталостное повреждение или разрушение происходит при упруго-пластическом деформировании. Для строения излома характерно:

более шероховатая поверхность разрушения, чем для случая по п. 2.3.3.1;

отсутствие четкой границы между зонами;

изменение соотношения размеров зон, перечисленных в п. 2.3.3.1.

В частности, на изломе увеличивается доля рельефа, имеющего признаки статического разрушения.

2.3.3.3. Коррозионно-усталостные изломы

Усталостное повреждение или разрушение происходит при воздействии коррозионной среды.

К особенностям строения излома относятся:

большое количество очагов разрушения;

наличие продуктов коррозии на поверхности разрушения;

большое количество трещин.

При рассмотрении на микроуровне обнаруживаются усталостные бороздки, лежащие на фасетках скола и межзеренных фасетках.

2.3.3.4. Термоусталостные изломы

Образуются под действием переменных напряжений, возникающих при температурных изменениях тела.

Характерные признаки:

не наблюдается зон с резко очерченными границами;

множественность очагов разрушения;

интенсивное окисление поверхности разрушения.

2.4. Классификация по микрорельефу излома

Определения термина из разных документов: Изломы циклического нагружения (усталостные изломы)

2.2.4. Камневидный излом (черт. 25) - однородная поверхность разрушения, характеризующаяся грубозернистым строением; зерна (с металлическим блеском или без него) представляются как бы оплавленными.

Имеет место у перегретых материалов или (при нормальном состоянии) в стали при распространении трещины по границам зерен.

При рассмотрении на микроуровне выявляются фасетки межзеренного разрушения. На поверхности фасеток могут наблюдаться ямки (например, в сталях после закалки и высокого отпуска), глубина и диаметр которых невелики.

Определения термина из разных документов: Камневидный излом

1.4.2. Квазискол - механизм внутризеренного квазихрупкого разрушения, характеризующийся распространением трещины преимущественно путем разделения металла по плоскостям, не совпадающим с кристаллографическими плоскостями зерен.

К особенностям рельефа при разрушении путем квазискола относятся фасетки квазискола (п. 1.3.1.2), гребни, ступеньки, язычки.

Определения термина из разных документов: Квазискол

2.4.2. Квазихрупкий излом

Характерные признаки: фасетки квазискола (п. 1.3.1.2), гребни (п. 1.3.3), ступеньки (п. 1.3.4), язычки (п. 1.3.6). Присутствие гребней свидетельствует о наличии некоторой локальной пластической деформации.

Определения термина из разных документов: Квазихрупкий излом

2.3. Классификация по характеру силового воздействия^*

^* Необходимо принимать во внимание, что нередко разным видам нагружения соответствует одинаковый в основных чертах характер разрушения, то есть похожие внешне изломы.

Определения термина из разных документов: Классификация по характеру силового воздействия

2.2.1. Кристаллический излом (черт. 18) - поверхность разрушения, состоящая из блестящих плоских участков (граней).

Кристаллический излом является признаком хрупкого разрушения; при рассмотрении на микроуровне выявляются фасетки скола (п. 1.3.1.1) и межзеренные фасетки (п. 1.3.1.3).

Расходящиеся рубцы указывают направление разрушения.

Черт. 18

2.2.1.1. Фарфоровидный излом (черт. 19) - сглаженная, с трудно различимой кристалличностью строения поверхность разрушения светло-серого цвета, похожая на поверхность разрушения фарфора.

При рассмотрении на микроуровне выявляются фасетки скола (п. 1.3.1.1) и квазискола (п. 1.3.1.2).

Черт. 19

2.2.1.2. Бархатистый излом (черт. 20) - гладкая, с мелкокристаллическим строением, трудно разрешаемым визуально, поверхность разрушения серого цвета с тусклым металлическим отливом, напоминающим бархат. При рассмотрении на микроуровне в изломе выявляются фасетки скола (п. 1.3.1.1) и квазискола (п. 1.3.1.2).

Примечание. Фарфоровидный и бархатистый изломы встречаются у закаленных инструментальных сталей, высокопрочных низкоотпущенных конструкционных сталей с мелкозернистой структурой в литом и деформированном состояниях.

Участок бархатистого излома (справа), постепенно переходящий в кристаллический излом с более крупным зерном.

Черт. 20

Определения термина из разных документов: Кристаллический излом

1.2.5. Магистральная трещина - трещина приводящая к окончательному разрушению.

Определения термина из разных документов: Магистральная трещина

1.2. Макростроение (макрорельеф) излома (черт. 1) - набор элементов поверхности разрушения, используемых для идентификации излома и различимых при визуальном рассмотрении или с небольшим увеличением (£ 50^´).

Определения термина из разных документов: Макростроение (макрорельеф) излома

1.7. Межзеренный (зернистый) излом (черт. 5) - излом, образующийся при разрушении по границам зерен (межсубзеренный - по границам субзерен).

Определения термина из разных документов: Межзеренный (зернистый) излом

1.4. Механизм разрушения - механизм распространения трещины, оцениваемый на микроуровне.

Определения термина из разных документов: Механизм разрушения

1.3. Микростроение (микрорельеф) излома - набор элементов поверхности разрушения, используемых для идентификации излома, разрешаемых методами световой, электронной (и др.) микроскопии (при увеличении > 50^´).

Определения термина из разных документов: Микростроение (микрорельеф) излома

2.2.5. Нафталинистый излом (черт. 26) - однородная поверхность разрушения, характеризующаяся наличием крупных, гладких плоских участков (фасеток) с характерным блеском, напоминающим блеск нафталина.

Дендриты распространяются от поверхности отливки на половину ее толщины.

Черт. 24

Черт. 25

Характерен для литых и перегретых деформированных сталей.

Образование нафталинистого излома связано с внутризеренным хрупким разрушением по определенным кристаллографическим плоскостям, например, в пределах бывшего крупного аустенитного зерна. При рассмотрении на микроуровне выявляются преимущественно фасетки квазискола.

Черт. 26

Определения термина из разных документов: Нафталинистый излом

2.1.2. Неоднородный излом - излом, характеризующийся наличием зон, отличающихся по макрорельефу.

Различные зоны могут соответствовать различным стадиям разрушения. Граница между зонами на макроуровне может быть выделена по изменению цвета и шероховатости излома при переходе от одной зоны к другой.

2.1.2.1. Излом звездочкой (черт. 15) - поверхность разрушения разрывного образца с наклонными площадками в виде радиальных лучей (образуется, в ряде случаев, при разрушении материала с пониженными пластическими свойствами в поперечном направлении).

Черт. 15

2.1.2.2. Чашечный излом (черт. 16) - поверхность разрушения, характеризующаяся наличием центрального участка с шероховатой матовой поверхностью, перпендикулярного направлению растяжения, и наклонных под углом 30° - 60° скосов со сглаженной и блестящей поверхностью.

Формирование такого макрорельефа обусловлено постепенным изменением вида напряженного состояния при продвижении от центра образца к его периферии (переходом от плоской деформации в центре образца к плоскому напряженному состоянию вблизи образующей цилиндра).

Черт. 16

2.1.2.3. Шевронный излом (черт. 17) - поверхность разрушения, характеризующаяся наличием системы ступенек, имеющих гиперболическую конфигурацию и в совокупности образующих рисунок «елочки» или шеврона.

Является признаком малой пластической деформации при разрушении. Образуется при растяжении с изгибом образцов и деталей прямоугольного сечения, труб, а также в зоне нестабильного роста усталостной трещины.

Стрелкой показано направление, в котором происходит разрушение.

Черт. 17

2.2. Классификация по морфологии поверхности разрушения

Определения термина из разных документов: Неоднородный излом

2.1.1. Однородный излом - излом, характеризующийся морфологически единой поверхностью разрушения (без различимых геометрических зон).

Пример: кристаллический и волокнистый изломы.

Определения термина из разных документов: Однородный излом

1.2.2. Очаг разрушения (черт. 1) - место зарождения разрушения, оцениваемое на изломе.

Определения термина из разных документов: Очаг разрушения

1.3.8. Плато (черт. 12) - плоские участки, вытянутые преимущественно в направлении локального распространения трещины, на которых располагаются усталостные бороздки.

Наличие плато и при отсутствии усталостных бороздок является одним из признаков усталостного разрушения.

Определения термина из разных документов: Плато

1.4.4. Расслоение - механизм разрушения (разделения) металла вследствие образования несплошностей вдоль границ структурных элементов (п. 1.2.8).

Определения термина из разных документов: Расслоение

1.2.3. Рубцы (черт. 1) - линии на изломе, представляющие собой следы слияния отдельных, близко расположенных соседних трещин, распространяющихся в одном направлении (как правило, от очага разрушения).

Определения термина из разных документов: Рубцы

1.3.5. Ручьистый узор (черт. 3а - г) - элемент строения поверхности фасеток скола, представляющий собой систему сходящихся ступенек, образующуюся в плоскости скола в результате разрушения перемычек между хрупкими микротрещинами, распространяющимися по параллельным, близко расположенным кристаллографическим плоскостям.

Направление слияния ступенек скола в ручьистом узоре соответствует направлению распространения трещины.

Частный случай ручьистого узора - веерообразный узор, который возникает, если ступеньки скола сходятся в одной точке в пределах фасетки.

Определения термина из разных документов: Ручьистый узор

1.4.1. Скол - механизм хрупкого разрушения, характеризующийся распространением трещины, путем разделения (раскалывания) металла по определенным кристаллографическим плоскостям (внутризеренный скол) или границам зерен (межзеренный скол), а также по границам субструктурных элементов, межфазным границам. При разрушении путем скола образуется микрорельеф, состоящий из фасеток внутризеренного или межзеренного скола (пп. 1.3.1.1, 1.3.1.3) с ручьистым узором и язычками (или без них) и ступенек скола.

Определения термина из разных документов: Скол

1.4.3. Слияние микропустот - механизм внутризеренного или межзеренного вязкого разрушения путем разделения металла вследствие слияния микропустот, зарождение и рост которых происходит в процессе пластического течения металла.

Поверхность разрушения имеет ямочный микрорельеф (п. 1.3.2) с разной степенью развития ямок.

Определения термина из разных документов: Слияние микропустот

1.5. Смешанный излом - поверхность разрушения, представляющая собой сочетание двух или более видов изломов, различающихся по механизму разрушения.

Определения термина из разных документов: Смешанный излом

1.3.4. Ступенька (черт. 10) - элемент микрорельефа излома прямолинейной или изогнутой формы, образующийся при соединении двух микроповерхностей разрушения, расположенных на разных уровнях; может возникать также в результате скола вдоль границ двойников.

РЭМ, 3000^´

Черт. 10

Определения термина из разных документов: Ступенька

1.3.9. Траковые следы (черт. 13) - элемент микрорельефа усталостного излома, образовавшийся в результате соприкосновения противоположных поверхностей разрушения.

Могут быть связаны с влиянием включений, выделений или твердых составляющих.

РЭМ, 1000^´

Черт. 13

Определения термина из разных документов: Траковые следы

1.3.7. Усталостные бороздки (черт. 12) - элемент микрорельефа усталостного излома в виде повторяющихся удлиненных впадин и выступов, не пересекающихся между собой и ориентированных перпендикулярно локальному направлению развития трещины на данном микроучастке.

Определения термина из разных документов: Усталостные бороздки

1.2.8. Усталостные линии (черт. 1) - линии на усталостном изломе, близкие по форме к концентрическим, образующиеся в процессе роста усталостной трещины и представляющие собой расходящиеся от очага разрушения отметки фронта трещины на определенной стадии ее развития.

Определения термина из разных документов: Усталостные линии

1.4.5. Усталостный механизм - механизм разрушения под воздействием циклического нагружения, часто связанный с образованием при продвижении трещины усталостных бороздок (п. 1.3.7) путем микросдвига и микроотрыва.

Усталостное разрушение может также происходить путем образования фасеток межзеренного и внутризеренного разрушения.

Определения термина из разных документов: Усталостный

2.5.4. Усталостный излом

Разрушение происходит при воздействии циклического нагружения, признаком которого является наличие элементов микрорельефа, указанных в п. 2.4.4.

Распространение трещины при циклическом нагружении может происходить также с участием всех других механизмов разрушения.

2.6. Классификация по энергии разрушения

Определения термина из разных документов: Усталостный излом

1.3.1. Фасетка - элемент поверхности разрушения с четкими границами, лежащий в одной или близких плоскостях.

1.3.1.1. Фасетка скола (черт. 3а, б) - фасетка, образующаяся в результате разрушения по определенным кристаллографическим плоскостям (плоскостям скола), в пределах которой разрушение развивается в одном направлении.

К характерным элементам строения относятся ручьистый узор, язычки (см. пп. 1.3.5, 1.3.6). Наличие фасеток скола свидетельствует о внутризеренном хрупком разрушении.

1.3.1.2. Фасетка квазискола (черт. 4а, б) - относительно ровный (плоский) участок разрушения, не всегда связанный ориентационно с плоскостями скола и характеризующийся тем, что наряду с признаками хрупкого разрушения имеет признаки пластической деформации (гребни). Фасетка квазискола имеет менее четкие границы, чем фасетка скола. Разрушение развивается преимущественно от центральной части фасетки к периферии.

а - растровый электронный микроскоп (РЭМ), 3000^´               б - РЭМ, 15000^´

Черт. 2а, б

а - просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ),            б - РЭМ, 500^´

5400^´

Стрелкой показано направление разрушения

Черт. 3а, б

Ручьистый узор на поверхности фасеток скола

в - ПЭМ, 2600^´                                                           г - РЭМ, 1000^´

Черт. 3в, г

а - ПЭМ, 10000^´                                                             б - РЭМ, 1000^´

Черт. 4а, б

Определения термина из разных документов: Фасетка

2.4.1. Хрупкий излом

Характерные признаки: фасетки внутризеренного (п. 1.3.1.1) и межзеренного (п. 1.3.1.3) скола, ступеньки скола (п. 1.3.4), ручьистый узор (п. 1.3.5), язычки (п. 1.3.6). При этом ступеньки скола и язычки входят друг в друга на двух ответных половинах излома.

Определения термина из разных документов: Хрупкий излом

1.3.6. Язычок (черт. 11) - элемент строения поверхности фасетки скола и квазискола треугольной или трапецевидной формы, образующийся в результате локального разрушения вдоль поверхности раздела матрица - двойник.

Язычку, находящемуся на одной половине излома, соответствует углубление на ответной половине излома.

ПЭМ, 5400^´

Черт. 11

Определения термина из разных документов: Язычок

1.3.2. Ямки (черт. 6 а, б) - микроуглубления на поверхности разрушения, представляющие собой вскрытые поверхности микропустот, образующихся в процессе пластического течения металла.

Примечания.

1. Очагом зарождения микропустот могут служить частицы неметаллических включений или вторых фаз, микронесплошности на границах зерен, субзерен и на плоскостях сдвига.

2. Форма (конфигурация) ямок (равноосная, вытянутая, параболическая, цилиндрическая, неправильной формы) определяется напряженным состоянием и формой инициатора образования ямки.

3. Глубина ямок (высота перемычек между ними) есть мера способности материала к пластической деформации.

а - ПЭМ, 2700^´                                                       б - РЭМ, 3000^´

Черт. 6а, б

1.3.2.1. Ямка волокнисто-полосчатого излома (черт. 7а, б) - микроуглубление на поверхности разрушения, возникшее в результате образования и слияния микропустот около вытянутых структурных неоднородностей: неметаллических включений и ликвационных зон.

Характерны для изломов поперечных образцов из материалов, подвергнутых горячей пластической деформации.

а - ПЭМ, 200^´                                                               б - РЭМ, 1000^´

Черт. 7а, б

1.3.2.2. Сотовый рельеф (черт. 8) - микрорельеф поверхности разрушения в виде мелких плоских ямок.

Свидетельствует о малой доле локальной пластической деформации при разрушении. Встречается часто при разрушении литых материалов; наблюдается также при разрушении перегретых сталей.

ПЭМ, 10000^´

Черт. 8

Определения термина из разных документов: Ямки