Измерение 2D и 3D-морфологии вязких изломов конструкционных сталей

• Автор: Ле Хай Нинь
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1 Аналитический обзор литературы

1.1 Механизм разрушения конструкционных сталей

1.1.1 Общие сведения о разрушении

1.1.1.1 Зарождение трещины

1.1.1.2 Развитие трещины

1.1.2 Вязкое разрушение

1.1.3 Хрупкое разрушение

1.1.4 Смешанный вид разрушения

1.2 Структурные и металлургические факторы, лимитирующие разрушение

1.2.1 Роль неметаллических включений
1.2.2 Размер зерна
1.2.3 Влияние микроструктуры
1.2.4 Охрупчивающие примеси
1.2.5 Ликвация и её дальние последствия
1.3 Методы описания и измерения изломов
1.3.1 Фрактографический анализ
1.3.2 Измерение изломов в макро-, мезо- и микромасштабах
1.3.3 Возможности 30 - реконструкции рельефа разрушения
Постановка задач исследования
2 Материал и методика исследования
3 Исследование морфологии вязких изломов
3.1 Метод построения трехмерной модели излома
3.2 Измерение геометрических параметров излома
3.3 Построение полиэдров Вороного для изучения неоднородности размещения ямок в
изломе
3.4 Применение статистики для оценки вида распределения значений параметров
излома
3.5 Общая характеристика изломов исследуемых сталей
3.6 Оценка границ эффективного применения 20- и ЗО-измерений для описания
изломов
3.7 Изучение формы и размеров ямок вязких изломов
3.7.1 Форма ямки в плоскости излома
3.7.2 Статистика распределения значений параметров геометрии вязкого излома
3.7.3 Геометрия ямок вязких изломов
3.8 Измерение геометрии перемычек между смежными ямками в изломе
4 Оценка неоднородности размещения ямок на 20-изображении излома
5 Совместное влияние различных факторов на образование вязкого излома
Основные выводы
Список цитируемых литературных источников

Введение
Даже в рамках хорошо отлаженной технологии получения металлопродукции возможно получение разнообразных структур (в пределах широкого поля допуска технологии) и, как следствие, существенного разброса прочности, пластичности и вязкости [1,2].
Различиям в энергоемкости вязкого разрушения должны соответствовать отличия в строении вязких изломов. В этой связи сопоставление морфологии вязких изломов должно быть полезно для выявления причин различий в уровне вязкости материалов и для выработки объективных рекомендаций, направленных на повышение энергоемкости вязкого разрушения.
Очевидно, что без необходимого понимания механизмов разрушения разнообразных структур, в частности, вязкого, добиться повышения однородности качества металлопродукции на верхнем пределе распределения не представляется возможным.
Однако наблюдение и методы анализа изломов носят преимущественно качественный характер, что затрудняет объективное сопоставление геометрии их строения и выявление критических структурных и металлургических факторов (в т.ч. включений), лимитирующих неоднородность прочности, пластичности и вязкости металла [1-4].
Использование компьютеризированных процедур дает возможность проведения массовых документированных измерений изображений структур и изломов конструкционных сталей в 2 и ЗЭ-масштабах наблюдения. Это может позволить накопить представительную статистику результатов измерения элементов строения структур и изломов, что, в частности, может быть полезно, как для их идентификации, так и для уточнения механизмов вязкого и хрупкого разрушения в конструкционных сталях (при прямом сопоставлении неоднородности строения структур и изломов) с целью выявления факторов лимитирующих качество металла.

Энергия связи между атомами определяет необходимое напряжение для хрупкого разрушения. Для хрупких материалов это напряжение должно составлять —Е/10, где Е -модуль упругости. Однако экспериментальные значения напряжения хрупкого разрушения составляют обычно Е/100 ч- Е/10000. Причина низкой прочности на разрыв объясняется эффектом концентрации (усиления) напряжений на микротрещинах. Приложенное напряжение во много раз усиливается на вершинах микротрещин, пор, поверхностных царапин, острых углов и т.д. Эти дефекты называются концентраторами напряжений. Коэффициент усиления напряжения зависит от формы, размеров и ориентации микротрещин [10].
Признаком хрупкого разрушении является наличие элементов микрорельефа: фасетки внутричерепного и межзеренного скола, ступеньки скола, ручьистый узор, язычки. При этом ступеньки скола и язычки входят друг в друга на двух ответных половинах излома [34,40].
Структура поверхности разрушения получается различной в зависимости от характера распространения трещины. Структура поверхности скола при узкой пластической зоне у вершины развивающейся хрупкой трещины резко отличается от вязкого излома. Для хрупких изломов обычно характерно кристаллическое строение, блестящее или имеющее цвет фаз, расположенных по границам зерен; без видимых признаков пластической деформации (отсутствие скосов и зон среза, связанных с пластической деформацией), отсутствия утяжки вблизи излома.
На макроскопическом уровне при хрупком разрушении трещина распространяется почти перпендикулярно приложенному напряжению, а на микроскопическом уровне как в работе [25] было отмечено, что при распространении •трещины по телу зерна может происходить как вязкое, так и хрупкое разрушение, а межзеренное разрушение всегда является хрупким и обычно происходит при выделении по границам зерен частиц хрупкой фазы. Поэтому, по механизму распространения микротрещин, в отличие от вязкого, считается, что хрупкое разрушение может быть как внутризеренным, так и межзеренным 114-] (хстя есть тот же камневидный или вязкий межзеренный излом, о котором будет сказано ниже).