Физика технологических процессов в машиностроении. Тема 3. Деформация и разрушение

1.

2.

Тема 3. Деформация и разрушение. Содержание:
Раздел 2.1. Классификация видов деформации.
Механизмы пластической деформации.
Деформация по механизму скольжения
Деформация по механизму двойникования
Деформация по механизму мартенситного превращения
Выбор механизма деформации
Эволюция дислокационной структуры с увеличением степени деформации и плотности
дислокаций. Формирование критической структуры.
Раздел 2.2. Классификация трещин и видов разрушения
Зарождение трещин
Межзёренное распространие трещины
- хрупкое зернограничное разрушение
- вязкое зернограничное разрушение
Внутризёренное распространие трещины
–Скол; –Микроскол; –Квазискол - Чашечный.
Фрактографический анализ изломов сплавов с помощью растровой электронной
микроскопии (РЭМ).
Испытания на выносливость. Усталостный механизм разрушения.
Коррозионное разрушение
Классификация видов ударного разрушения. Критерий разрушения.
Фрактографический анализ поверхности при каплеударной эррозии и механической
обработке.

3. 3.1. Классификация видов деформации

• Деформация ( ) – это изменение формы и размеров
тела под действием внешних сил.
• Упругая деформация – это деформация,
полностью устраняющаяся после снятия нагрузки.
Такая деформация пропорциональна приложенному
напряжению. Упругие свойства металлов
определяются силами взаимодействия атомов в
кристаллической решетке (притяжения и
отталкивания).
• Пластическая деформация – это деформация,
остающаяся в металле после снятия нагрузки
( ост 0 ).
• Остаточные напряжения – это напряжения, не
исчезающие после снятия внешней нагрузки.

4. Механизмы пластической деформации

• 1. Скольжение – это ламинарное движение
дислокаций вдоль наиболее
плотноупакованных плоскостей в кристалле
(вдоль плоскостей скольжения)
• 110 в ОЦК; 111 в ГЦК;
0001 в ГПУ.
• 2. Двойникование – это симметричная
переориентация областей кристаллической
решетки.
• 3. Мартенситное превращение –
характерно для сплавов с “памятью формы”.

5.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ С УВЕЛИЧЕНИЕМ СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ
(d / dt = 10 - 3… 10 + 7 1/сек)
СКОЛЬЖЕНИЕ
МАРТЕНСИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ
ДВОЙНИКОВАНИЕ
ПОРООБРАЗОВАНИЕ
ФОРМИРОВАНИЕ ВИХРЕЙ

6. Деформация по механизму скольжения

Наиболее плотноупакованные
плоскости {hkl} и
направления <pqr> сдвига.
число плоскостей {hkl} сдвига
число направлений <pqr>
сдвига
общее количество элементов
сдвига
относительное удлинение, %
ОЦК
ГЦК
ГПУ
{110},<111>
{111},<110>
{0001},<11-20>
6
4
1
2
3
3
12
12
3
12…20%
45%
10%
ОЦК
ГЦК
{110},<111>
{111},<110>
ГПУ
{0001},<11-20>

7. Деформация по механизму скольжения

Схема деформации кристалла при скольжении. - напряжение сдвига.

8. Деформация по механизму двойникования

Плоскости{hkl}и направления
сдвига <pqr> при
двойникования.
число плоскостей
двойникования
число направлений
двойникования
общее количество элементов
двойникования
относительное удлинение, %
ОЦК
ГЦК
ГПУ
{112},<111>
{111},<112>
{10-12},<1011>
6
4
1
2
3
3
12
12
3
12…20%
45%
10%

9. Деформация по механизму мартенситного превращения

10. Выбор механизма деформации

Дефектом упаковки – называется нарушение нормальной для данного кристалла
последовательности в расположении атомов.
Энергией дефекта упаковки – называется энергия, которую надо затратить, для
формирования дефекта упаковки.
Ме
Mo
Al
Ni
Fe
Mg
W
Au
Cu
V
Со
Nb
Ag
Ti
300
280
200
140
110
90
50
40
30
26
20
17
10
Э.Д.У.
эрг/с
м2

11.

ВЫСОКАЯ ЭНЕРГИЯ
ДЕФЕКТА УПАКОВКИ
ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ С УВЕЛИЧЕНИЕМ СТЕПЕНИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ
ДЕФОРМАЦИИ (d / dt = const = 10 - 3, 1/сек) ( < 2 1011 , 1/ см2 )
= 2…5 109 , 1/ см2
= 5…10 109 , 1/ см2
= 1…20 1010 , 1/ см2
КЛУБКИ ДИСЛОКАЦИЙ
ЯЧЕИСТАЯ СТРУКТУРА
ПЛОСКИЕ СКОПЛЕНИЯ
ПЛОСКАЯ СЕТЧАТАЯ
ЯЧЕИСТО–СЕТЧАТАЯ
НИЗКАЯ ЭНЕРГИЯ ДЕФЕКТА
УПАКОВКИ
ХАОТИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
….СДВИГОВАЯ ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ (НОСИТЕЛИ – ДИСЛОКАЦИИ)….

12.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ПРИ БОЛЬШИХ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЯХ
(d / dt = const = 10 - 3, 1/сек)
= 40…60 1010 , 1/ см2
ВЫСОКАЯ ЭНЕРГИЯ
ДЕФЕКТА УПАКОВКИ
= 20…40 1010 , 1/ см2
( > 2 1011 , 1/ см2 )
ФРАГМЕНТИРОВАННАЯ СТРУКТУРА
ДВОЙНИКОВАЯ СТРУКТУРА
СТРУКТУРА С ДИСКРЕТНЫМИ РАЗОРИЕНТИР
НИЗКАЯ ЭНЕРГИЯ ДЕФЕКТА
УПАКОВКИ
ПОЛОСОВАЯ СТРУКТУРА

13. 3.2. Классификация трещин и видов разрушения.

14. Зарождение трещин

15. Классификация видов разрушения

Изломом – называют поверхности раздела в результате разрушения
нагруженных
деталей машин и образцов с разделением их на две части.
Фрактографией – называют исследование строения изломов.
Интеркристаллитное:
вязкое зернограничное;
хрупкое зернограничное
Транскристаллитное:
вязкое чашечное;
квазискольное;
микроскольное;
Скол
Разрушение в особых условиях:
микрорасслоение;
коррозионное;
усталостное

16. Межзёренное Распространие трещины

17. Внутризёренное Распространие трещины

18.

ормирование микротрещин и их распространение как механизм релаксации внутренних напряжени
МЕЖЗЕРЕННОЕ, ИНТЕРКРИСТАЛЛИТНОЕ РАЗРУШЕНИЕ
Аразруш. = А зарож. + А распр.
Хрупкий зернограничный
Вязкий зернограничный
ВНУТРИЗЕРЕННОЕ, ТРАНСКРИСТАЛЛИТНОЕ РАЗРУШЕНИЕ
СКОЛ
МИКРОСКОЛ
КВАЗИСКОЛ
ЧАШЕЧНЫЙ

19.

ФРАКТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИЗЛОМОВ
ШЕРОХОВАТОСТЬ
ФАЗА
ЛИКВАЦИЯ

20. Испытания на выносливость

21.

УСТАЛОСТНЫЙ МЕХАНИЗМ РАЗРУШЕНИЯ

22. Коррозионное разрушение

Электродные потенциалы, Е,В , 20 С.
Zi
K
Na
Mg
Ti
Al
Mn
Zn
Cr
Fe
Ni
Sn
2,96
2,92
2,71
2,37
1,75
1,66
1,18
0,76
0,74
0,44
0,23
0,14
низкая коррозионная стойкость
H
0
Cr2
O3
+
0,1
Cu
Ag
Pt
Au
+
0,34
+
0,8
+
1,19
+
1,42
высокая коррозионная стойкость
Анодные процессы - заключаются в том, что металлы с более
отрицательным потенциалом в результате взаимодействия с
токопроводящей средой (электролитом), содержащей атомы
кислорода, водорода, хлора и др., будут окисляться (растворяться),
переходя в раствор в виде ионов при соответствующих таблице
разностях потенциалов по реакциям:
H2 2H + 2e
Cr Cr3+ + 3e
Fe Fe2+ + 2e
Al Al + 3e
Катодные процессы - заключаются в том, что ионы металлов с более
положительным потенциалом в результате взаимодействия с
электролитом будут восстанавливаться (электролитически осаждаться)
с участием электронов по реакции:
Ме + 2е 2 Ме например: Cu + 2e- Cu

23. Коррозионное разрушение

24. Классификация видов ударного разрушения

Изломом – вязкий (чашечный)
– хрупкий (кристаллический)

25.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОГРАФИИ ПОВЕРХНОСТИ ТУРБИННЫХ ЛОПАТОК
ИЗ СПЛАВ ТС5, ПОДВЕРГНУТЫХ КАПЛЕУДАРНОЙ ЭРОЗИИ
Отпечаток с поверхности лопатки,
подвергнутой каплеударной эрозии, х 30
а) х 40
б) х 40
40
Сплав ТС5
35
30
в) х 120
г) х 40
Число случаев, n
25
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Расстояние между вершинами поверхности эрозии, мкм
Гистограмма распределения расстояний между
вершинами отдельных элементов эрозии,
д) х 800
е) х 240

26.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ЛЕЗВИЙНОЙ ОБРБОТКЕ
х 1600
Х24000

27.

(d / dt = 10 - 3… 10 + 7 1/сек)
х 24000
х 24000

28. Контрольные

Классификация видов деформации.
Механизмы пластической деформации.
Деформация по механизму скольжения
Деформация по механизму двойникования
Деформация по механизму мартенситного превращения
Выбор механизма деформации
Эволюция дислокационной структуры с увеличением степени деформации и
плотности дислокаций. Формирование критической структуры.
Классификация трещин и видов разрушения
Зарождение трещин
Межзёренное распространие трещины
- хрупкое зернограничное разрушение
- вязкое зернограничное разрушение
Внутризёренное распространие трещины
–Скол; –Микроскол; –Квазискол - Чашечный.
Способы оценки работы зарождения и распространения трещины по испытаниям
на растяжение и ударный изгиб.
Фрактографический анализ изломов сплавов с помощью растровой электронной
микроскопии (РЭМ).
Испытания на выносливость. Усталостный механизм разрушения.
Коррозионное разрушение

29. Спасибо за внимание