Крихкість
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Крихкість

Крихкість, властивість матеріалу руйнуватися при невеликій (переважно пружною) деформації під дією напруги, середній рівень якої нижчий за межу текучості. Утворення крихкої тріщини і розвиток процесу крихкого руйнування пов'язане з утворенням малих зон пластичної деформації (див. Міцність ) . Відносна доля пружної і пластичної деформації при крихкому руйнуванні залежить від властивостей матеріалу (характеру міжатомних або міжмолекулярних зв'язків, мікро- і кристалічної структури) і від умов його роботи. Додаток розтягуючої напруги по трьох головних осях (тривісний напружений стан), концентрація напруги в місцях різкої зміни перетину деталі, пониження температури і збільшення швидкості вантаження, а також підвищення запасу пружної енергії навантаженої конструкції сприяють переходу матеріалу в крихке стан. Наприклад, істотно пружний матеріал — мармур, що крихко руйнується при розтягуванні, в умовах несиметричного по трьох головних осях стискування поводиться як пластичний матеріал; чим вище концентрація напруги, тим сильніше виявляється Х. матеріалу, і т.д. Тому Х. слід розглядати у зв'язку з умовами роботи матеріалу.

загрузка...

  Умовою зростання крихкої тріщини є порушення рівноваги між енергією, що звільняється при цьому пружній деформації і приростом повної поверхневої енергії (включаючи і роботу пластичної деформації тонкого шару, що примикає до країв тріщини). Крихка міцність елементу з тріщиною назад пропорційна, де l — напівдовжина тріщини. У лінійній теорії механіки пружного руйнування вводиться константа матеріалу K 1c (в'язкість руйнування), що характеризує опір розвитку тріщини в умовах плоскої деформації. Крихка тріщина поширюється з великою швидкістю (близько 1000 м/сек в сталі, що складає приблизно 1 / 5 від швидкості поширення пружної хвилі зрушення).

  Схильність матеріалу до крихкого руйнування оцінюють зазвичай по температурних залежностях роботи руйнування або характеристик пластичності, що дозволяють визначити критичну температуру крихкості Т кр , тобто температуру переходу з пластичного стани в крихке. Чим вище Т кр , тим більше матеріал схильний до крихкого руйнування.

  При розгляді макроскопічних закономірностей крихкого руйнування необхідно враховувати дві незалежні характеристики — опір пластичній деформації (межа текучості s s ) і опір крихкому руйнуванню (крихка міцність, опір відриву S від ). При пониженні температури випробування введенні надрізів — концентраторів напруги, збільшенні швидкості деформації s s зростає швидше, ніж S від , унаслідок чого відбувається перехід від в'язкого руйнування до крихкого ( мал. ).

  Уявлення про виникнення крихкого руйнування як результат невеликої попередньої пластичної деформації лежить в основі дислокаційної теорії руйнування. Зародження крихких тріщин пов'язують з плоским скупченням лінійних дефектів кристалічної решітки — дислокацій перед якою-небудь перешкодою, якою можуть служити кордони зерен або субзерен, різні включення і т.п. При цьому виникає висока концентрація напруги, пропорційна дотичній напрузі від зовнішнього навантаження і довжині скупчення дислокацій.

  Характерною особливістю холодноламких перехідних металів (див. Перехідні елементи, Холодноламкість ) є різке зростання межі текучості при пониженні температури нижче 0,2 від температури плавлення і при підвищенні швидкості деформації. Збільшення опору пластичній деформації утрудняє релаксацію напруги в металі під навантаженням як на стадії виникнення тріщини (перед скупченням дислокацій), так і на стадії її розвитку (у пластичній зоні перед кінчиком зростаючої тріщини), сприяючи переходу металу в крихкий стан.

  В той же час Х. — структурно-чутлива властивість. Неоднорідності структури і складу металів, зростання розмірів зерен, вміст шкідливих домішок, виділення крихких фаз, особливо по кордонах зерен підвищують Т кр . Атоми елементів, створюючі тверді розчини впровадження, взаємодіють з дислокаціями, зменшуючи їх рухливість і сприяючи переходу речовини в крихкий стан. Очищення металів від атомів впровадження (З, Про, N) знижує Т кр . Легування може як підвищувати, так і знижувати Т кр унаслідок зміни фазового складу і структури металів, а також в результаті впливу на рухливість дислокацій у металі. Опромінення металів частками високих енергій викликає збільшення опору руху дислокацій, підвищує міру закріплення останніх і приводить до зростання Т кр . Впорядкування в розташуванні атомів також обумовлює підвищення Т кр .

  Дослідження поверхні руйнування (фрактографія) вказують на те, що тріщина крихкого руйнування в металах і сплавах поширюється уздовж простих кристалографічної плоскості (ськола) або по кордонах зерен. Останній випадок обумовлений адсорбційним збагаченням кордонів зерен шкідливими домішками (Р, S, Sb і ін. елементами в сталях), що різко знижують сили зчеплення між зернами.

  Специфічні види Х. — воднева Х. і сповільнене руйнування стали і сплавів — виявляються лише при дуже низьких швидкостях вантаження або при тривалій дії статичного навантаження нижче межі текучості. Метал в цих випадках може не виявляти підвищеної схильності до крихкого руйнування при звичайних ударних випробуваннях. Руйнування розвивається в три стадії — інкубаційний період, стадія повільного зростання крихкої тріщини і швидкий поділом після досягнення тріщиною критичної довжини. Повільне стрибкоподібне зростання крихкої тріщини в загартованій сталі пов'язане з тим, що при гарті виникають пружні мікронапруги, що полегшують зростання тріщини при невисокій напрузі, прикладеній ззовні. Полегшення ж зростання тріщини в разі водневої Х. викликається дифузією Н в область напруженого стану перед зростаючою тріщиною.

  Літ.: Дроздовський Би. А., Фрідман Я. Б., Вплив тріщин на механічні властивості конструкційних сталей, М., 1960; Атомний механізм руйнування, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1963; Черепанов Р. П., Механіка крихкого руйнування, М., 1974.

  С. І. Кишкина, Ст І. Саррак.

Схема переходу кам'яної солі з в'язкого стану в крихке при пониженні температури випробування на розтягування (по А. Ф. Іоффе).