Дослідження впливу на в’язкість руйнування структури та температури при транскристалітному руйнуванні сплаву ЦМ-10

3 Дослідження впливу на в’язкість руйнування структури та температури при транскристалітному руйнуванні сплаву ЦМ-10

Фактографічні дослідження виявили особливості руйнування сплаву в різних інтервалах температур. У нижньому інтервалі ( I ) від 77 до 293 К тріщина відколу починається від вершини електроіскрового надрізу, яка поступово затуплюється . В інтервалі температур 293 - 573 К (II) перед переходом у стадію катастрофічного відколу спостерігається підростання критичної тріщини по механізму відколу з релаксацією .

Подальше зростання температури приводить до змішаного механізму руйнування, що включає в себе як елементи відколу, так і глибокі тріщини розшарування; на окремих ділянках зламів спостерігаються елементи в’язкого ямкового руйнування . На нашу думку, зниження в’язкості руйнування вище 293 К пов’язане саме з

докритичним підростанням тріщини, і в такому випадку на залежності в’язкості руйнування від температури можна виділити дві ділянки: перша - без субкритичного підростання (стадія I) і друга - із субкритичним підростанням тріщини перед переходом у катастрофічний долом (стадія II).

Для з’ясування причин немонотонної температурної залежності в’язкості руйнування розглянуто природу процесів в вершині надрізу. За допомогою підходу, запропонованого в роботах Б. Маслера та В. Свайна, було розраховано нормований коефіцієнт інтенсивності напружень (3), залежність якого від співвідношення c/с (c- довжина тріщини у вершині надрізу, с - радіус скруглення вершини) . Подібний підхід був також запропоновано в роботах О.П. Осташа.

 (3)

Встановлено що при величині співвідношенням c/с рівному 0,8-0,9, нормований коефіцієнт стає 1, таким чином при цих значеннях буде досягатись справжнє значення коефіцієнту інтенсивності напружень.

Для аналізу температурної залежності тріщиностійкості також була розглянута модель Дагдейла-Баренблатта. Виходячи з цієї моделі, було отримано, що тріщиностійкість в залежності від температури може бути записана таким чином:

 (4)

Такий вираз тріщиностійкості дозволяє апроксимувати отримані експериментальні дані (К_с експ) двома окремими залежностями :

для стадії I:

K_c(1)= 4,6 + 175 exp(-0,18/3kT) (5)

Залежність нормованого коефіцієнта інтенсивності напружень від співвідношення c/с (а) та температурна залежність тріщиностійкості (б) сплаву ЦМ-10: 1 - стадія I, 2 – стадія II, 3 – експеримент та для стадії II:

K_c(2)= 2,3 + 76 exp(-0,18/3kT) (6)

До обох виразів увійшла енергія активацій руху дислокацій 0,18 еВ, яка співпадає з величиною цієї енергії, отриманої для молібдену в роботах В.І. Трефілова та Ю.В. Мільмана. Зауважимо, що останнім часом у роботах С. Дж. Робертса та ін. визначено енергії активації руйнування для Мо – 0,185 еВ, Si – 2,1 еВ, Ge – 1,54 еВ, Al₂О₃ – 3,2 еВ, Fe - 0,21 еВ, що також узгоджуються із отриманими даними В.І. Трефілова та Ю.В. Мільмана.

Таким чином, залежно від співвідношення c/с змінюється ефективна гострота кінчика підростаючої тріщини, що і є причиною немонотонної залежності тріщиностійкості від температури. Вихід вершини підростаючої тріщини з «тіні» надрізу супроводжується спочатку зниженням тріщиностійкості, а потім відзначається її зростання у зв'язку із зниженням границі плинності.

Розглянуто вплив розміру зерна на механічні властивості при різних температурах випробувань . Границя плинності при всіх температурах випробувань

Залежність границі плинності (а) та тріщиностійкості (б) сплаву ЦМ-10 від розміру зерна при різних температурах випробувань: 1 – 150 К, 2 – 273 К, 3 – 300 К.

Описується рівнянням Холла-Петча . В той же час залежність тріщиностійкості від розміру зерна при низьких температурах має вигляд, подібний до ходу залежності Холла-Петча, але з підвищенням температури хід залежності змінюється . Це обумовлено впливом температури на величину співвідношення розміру пластичної зони у вершині тріщини r_y і розміру зерна d. При низьких температурах r_y/d<1 і тріщиностійкість слабо залежить від розміру зерна, тому що всі процеси проходять в одному зерні. Різке посилення залежності тріщиностійкості від розміру зерна спостерігається при r_y/d≥1, коли пластична зона торкається або виходить за межі зерна.

4 Дослідження впливу на в’язкість руйнування структури та температури при реалізації транскристалітного руйнування

Дослідження проводили на сплавах молібдену МТ та МЧВП. Залежність тріщиностійкості від температури та розміру зерна сплаву МТ . В порівнянні зі сплавом ЦМ-10 для цього сплаву зміна в’язкості руйнування від температури має повністю монотонний характер. Це пов’язано з тим, що у вершині електроіскрового надрізу відразу існує гостра міжзеренна тріщина, розмір якої як мінімум дорівнює розміру зерна і c/с ≥ 1 для всіх температур випробування. Що стосується впливу розміру зерна на в’язкість руйнування, то в даному випадку залежність повністю подібна рівнянню Холла-Петча. Відносно слабка залежність тріщиностійкості від розміру зерна при низьких температурах як для транс-, так і для інтеркристалітного руйнування, пов’язана з тим, що пластична зона набагато менша, ніж розмір зерна, і руйнування повністю крихке.

В роботі також розглянуто руйнування сплаву підвищеної чистоти МЧВП. Залежність механічних властивостей сплаву МЧВП від розміру зерна , а механізми руйнування зразків в інтервалах розміру зерен I, II, III .

Отримані дані показують, що в інтервалі розмірів зерна від 14 до 550 мкм спостерігається повна зміна механізму руйнування (від крихкого інтеркристалитного до ямкового). Руйнування крупнозернистих (550-400 мкм) зразків здійснюється інтеркристалітно . Зменшення розміру зерна майже на порядок (65 мкм) призводить до руйнування відколом, якому передує інтенсивне між- та внутрішньозеренне розшарування з формуванням в’язкої тріщини зі стадією підростання . У дрібнозернистих (14-17 мкм) зразках збільшується кількість тріщин розшарування з переходом при руйнуванні від стадії розшарування з відколом до розшарування з ямками. Цікава та обставина, що, незважаючи на високу чистоту молібдену МЧВП, при розмірах зерен 560 і 400 мкм злам його зразків повністю інтеркристалітний. При зменшенні розміру зерна (d_з= 145 мкм) міжзеренне руйнування не здійснюється, а в поверхні зламу з'являються тріщини розшарування; при подальшому зменшенні розміру зерна злам стає практично повністю ямковим, що обумовлено в’язким руйнуванням. Відзначимо, що в нашій роботі вперше встановлено, що зменшення розміру зерна приводить до появи в’язкого (ямкового) руйнування при кімнатній температурі. Таким чином, зменшення розміру зерна призводить до зниження не тільки , що добре відомо, але і .