Пластичный перелом, также известный какпластический переломилиперелом от перегрузки при растяжении, относится к типу разрушения, который возникает, когда нагрузка, приложенная к металлическому материалу, превышает его предел текучести, что приводит к значительной макроскопической пластической деформации перед разрушением. Поэтому его еще называютпластичный перегрузочный перелом.
Типичным примером является разрушение гладкого образца при одноосном статическом нагружении, как показано на рисунке ниже. Поверхность излома имеет четкуюобхватываниеявление вблизи разлома. Макроскопически поверхность излома имеетчашка-и-рожокформа: появляется центральная областьволокнистыйитемно-серыйв цвете, в целом ориентированныйперпендикулярнаправлению растягивающего напряжения, а внешняя область имеет особенностисрезать губыкоторые формируются примерно черезУгол 45 градусовк оси растяжения.
В практических приложениях форма компонентов и силы, которые они испытывают, могут быть довольно сложными, поэтому макроскопические особенности морфологии разрушения могут быть неочевидными. Однако основным основанием для различенияпластичный переломихрупкий перелом– наличие или отсутствие значительной макроскопической пластической деформации вблизи излома.
С точки зрения механизма разрушения металлических материалов можно выделить два основных типа:разделение скольженияипластичный ямочный перелом.
Разделение скольженияотносится к явлению, при котором под действием внешней силы атомы внутри кристаллической структуры материала испытывают относительное скольжение вдоль определенных кристаллических плоскостей и направлений из-за напряжения сдвига, которое известно каксоскальзывать. Когда это скольжение происходит прерывисто или неравномерно или когда оно затруднено на границах зерен, фазовых границах или других границах раздела, в этих местах образуются небольшие зазоры или трещины, что приводит кразделение скольжения. Чистый скользящий отрывной перелом в металлических материалах встречается относительно редко.
Пластичный ямочный переломявляется более распространенным типом. Механизм образования и распространения трещин в этом режиме следующий: металлические материалы содержат различные несплошности, такие как пустоты, включения, частицы второй-фазы, границы зерен и фазовые границы. При воздействии перегрузочного напряжения (превышающего предел текучести) в этих локальных областях развиваются концентрации напряжений, вызывающие пластическую деформацию. По мере развития деформации на этих разрывах или границах раздела образуются микропустоты. По мере того как напряжение продолжает увеличиваться, микропоры растут и сливаются, в конечном итоге соединяясь, образуя микротрещины. Под постоянным напряжением эти микротрещины медленно расширяются, пока не достигают критического размера, что приводит к разрушению. Эти микропустоты называютсяпластичные ямочки(илипластиковые ямы). Типичная морфология пластичных лунок, наблюдаемая с помощью СЭМ, показана на рисунке ниже, где на дне лунок также можно увидеть частицы или включения второй -фазы.
При различных стрессовых состояниях морфологияпластичные ямочкипри пластическом изломе также варьируется. В целом их можно разделить на три типа:равноосные ямочки(при растягивающем напряжении),слезы ямочки(при разрывающем напряжении, режим I) исрезные ямочки(при сдвиговом напряжении, режим II и режим III).
При практическом анализе морфологии переломов часто наблюдают, что все три типапластичная ямочкамогут появиться морфологии. Обычно это происходит из-за сложного напряженного состояния, в котором находится материал, или, в условиях простого напряжения, по мере распространения трещины происходят локальные изменения напряжения, приводящие к различиям в морфологии ямок.
Более того, мы не можем просто определить, что переломпластичныйосновано на наличии многочисленных ямочек в зоне локального перелома. Пластичные ямочки не являются необходимым и достаточным условием дляпластичный перелом, потому что в реальных ситуациях многиесмешанные переломыможет произойти, например,квази-переломы расщепления. Таким образом, по-прежнему необходимо сочетать как макроскопический, так и микроскопический анализ, чтобы определить тип разрушения, понять механизм разрушения, определить основную причину разрушения и предложить предложения по улучшению материала, конструкции компонентов, производственных процессов и условий использования.
При каких условиях наиболее вероятно возникновение пластического разрушения? Любой фактор, увеличивающийпластичность(уменьшаетхрупкость) будет способствовать возникновению пластичного разрушения. Следующие пункты суммируют ключевые факторы:
Превосходная микроструктура:Различные микроструктуры могут приводить к разным разрушениям в одних и тех же условиях. Например, отпущенный мартенсит имеет лучшую пластичность, а перлит + феррит имеет относительно меньшую пластичность. Первые с большей вероятностью подвержены пластическому разрушению.
Мелко-структура:Как правило, чем мельче зерна, тем лучше пластичность. Кроме того, дефекты в мелкозернистых структурах часто меньше, поэтому для разрушения требуется более высокое напряжение.
Твердые включения или частицы второй-фазы:Плотные включения или частицы второй-фазы обычно не снижают пластичность материала. Иногда вторая фаза пластика может даже улучшить пластичность материала. Как показано на схеме ниже,пластичные ямочкисодержат значительное количество сульфидных включений типа А, но в материале все еще наблюдаютсяпластичный перегрузочный перелом.
Чистое сырье:Повышение чистоты материала, например, обращение внимания на введение внешних примесей во время выплавки стали, уменьшение вредных примесей в материале и минимизация возможностимежкристаллитная хрупкостьивторая-фаза хрупкие включения.
Хороший структурный дизайн:Избегайте концентрации напряжений, например, уменьшая острые углы, выемки и т. д., и проектируйте конструкцию, обеспечивающую равномерное распределение нагрузки.
Хорошая рабочая среда (температура, условия среды и т. д.):Минимизация воздействия агрессивных сред и низких-температур. Если такие условия необходимы, при проектировании материала следует учитывать чувствительность к окружающей среде.
Дляпластичный переломВ практическом применении он допускает значительную деформацию без внезапного разрушения. Таким образом, с этой точки зрения по сравнению схрупкий переломвязкое разрушение является более приемлемым видом разрушения. Однако если процессы проектирования, производства и использования материалов должным образом контролируются на каждом этапе, можно избежать ненужных случаев разрушения, сокращая материальные потери как для предприятий, так и для стран.
