Методы исследования изломов металлов

(фрактография)

Фрактография – описание поверхности металлических изломов с целью анализа причин и протекания процесса разрушения. Фрактографическое исследование проводят невооружённым глазом, а также с помощью лупы, светового и электронного микроскопов. В просвечивающем электронном микроскопе изучают не поверхность излома, а отпечаток (реплику) с неё, оттенённый слоем металла, в растровом (сканирующем) электронном микроскопе – саму поверхность разрушения. Вид излома зависит от способа нагружения (статическое, ударное, переменное) и условий нагружения (температура, среда и т.п.), а также от характера распространения трещины (внутризёренный или межзёренный излом) и от степени развития пластической деформации при разрушении (хрупкий или вязкий излом).

Вязкое разрушение происходит со значительной пластической деформацией и обусловлено малой скоростью распространения трещины. Скорость распространения трещины при хрупком разрушении, напротив, велика, близка к скорости звука. Поэтому нередко хрупкое разрушение называют «внезапным» или «катастрофическим».

Хрупкое разрушение происходит при напряжениях, лежащих в упругой области, без макропластической информации. Очагом и хрупкого и вязкого разрушения являются микротрещины или дефекты, возникающие в процессе эксплуатации. Поэтому надежность конструкции определяется в основном сопротивлением металла распространению уже имеющейся трещины, а не ее зарождением.

Контроль излома проводят на образцах с поперечным или продольным направлением волокна. Для контроля по излому поперек волокна заготовки надрезают по одной из приведенных на рис. 1.5 схем.

Рис. 1.5. Надрез образцов для контроля излома:

а – надрез по периметру; б – двусторонний надрез;

в – односторонний надрез

Поломка образцов производится с максимальной скоростью и большой сосредоточенной нагрузкой для исключения смятия поверхности излома и образования ложных расщеплений.

В изломах обнаруживают следующие основные дефекты:

Грубые раскатанные поры и газовые пузыри – отдельные нитевидные полосы с искаженной кристаллической структурой.

Грубая пятнистая ликвация – широкие полосы с иной кристаллической структурой, чаще темные, произвольно расположенные по сечению заготовки.

Остатки усадочной раковины – в осевой зоне в виде темной или светло-серой со шлаком полосы, с искаженной структурой или с заглаженной, притертой, окисленной поверхностью.

Подусадочная рыхлота – одна или несколько темных полос с грубослоистой структурой, часто сопровождается порами и шлаковыми включениями.

Расслоение – широкие полосы с заглаженной, кристаллической, светлой структурой в осевой, реже в краевой зоне заготовки.

Нафталиновый и камневидный излом – результат сильного перегрева перед деформацией или при термической обработке. Нафталиновым называется излом с характерным блеском в сечении крупных зерен, по-различному отражающих свет. Камневидный – матовый излом по границам крупных или мелких зерен, вскрывающих их огранку.

Флокены – тонкие извилистые трещины длиной от 1 до 30 мм и более. Ориентированные беспорядочно, поражают часть или все сечение заготовки. В изломе флокены выявляются в виде светлых пятен круглой или овальной формы с кристаллической поверхностью серебристого или светлого оттенка.

Черновины (трещины, надрывы) – дефекты пережога при нагреве и разрушения при деформации внутренней зоны заготовки. Представляют собой рыхлую, сильно травящуюся внутреннею зону или отдельные темные пятна, часто сопровождающиеся одной или двумя трещинами.