Фрактография в материаловедении

Макростроение (макрорельеф) излома – набор элементов поверхности разрушения, используемых для идентификации излома и различимых при визуальном рассмотрении или с небольшим увеличением (? 50?).

Макростроение (на примере усталостного излома лопатки компрессора) приведено на рис. 8. На изломе хорошо видны усталостные линии.

Рис. 8. Макростроение (макрорельеф) излома

Схема излома и очаг разрушения приведены на рис. 9 а, б.

Зона излома – участок поверхности разрушения, характеризующийся строением, отличным от строения других частей излома.

Очаг разрушения (рис. 9, а, б) – место зарождения разрушения, оцениваемое на изломе.

Рубцы (рис. 9, б-2) – линии на изломе, представляющие собой следы слияния отдельных, близко расположенных соседних трещин, распространяющихся в одном направлении (как правило, от очага разрушения).

Зона долома (рис. 9, б-5) – участок излома, соответствующий конечной стадии разрушения.

Рис. 9. Схема и очаг разрушения:

1 – очаг разрушения; 2 – ступеньки и рубцы; 3 – усталостные линии; 4 – зона ускоренного развития трещины; 5 – зона долома

Магистральная трещина – трещина, приводящая к окончательному разрушению.

Ступенька (рис. 9, б) – след слияния двух трещин, распространяющихся в различных направлениях, при образовании магистральной трещины.

Усталостные линии (рис. 9, б-3) – линии на усталостном изломе, близкие по форме к концентрическим, образующиеся в процессе роста усталостной трещины и представляющие собой расходящиеся от очага разрушения отметки фронта трещины на определенной стадии ее развития.

Расслоение – (рис. 10) несплошности, образующиеся вдоль границ структурных элементов, ориентированные по направлению деформации.

Микростроение (микрорельеф) излома – набор элементов поверхности разрушения, используемых для идентификации излома, разрешаемых методами световой, электронной микроскопии (при увеличении > 50?).

Фасетка – элемент поверхности разрушения с четкими границами, лежащий в одной или близких плоскостях.

Фасетка скола (рис. 11 а, б) – фасетка, образующаяся в результате разрушения по определенным кристаллографическим плоскостям (плоскостям скола), в пределах которой разрушение развивается в одном направлении.

Рис. 10. Расслоение:

а – растровый электронный микроскоп (РЭМ), ?3000; б – РЭМ, ?15000.

К характерным элементам строения относятся ручьистый узор, язычки. Наличие фасеток скола свидетельствует о внутризеренном хрупком разрушении.

Рис. 11. Фасетка скола:

а – просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ); б – РЭМ, ?500, ?5400. Стрелкой показано направление разрушения

Ручьистый узор (рис. 11 а-г) – элемент строения поверхности фасеток скола, представляющий собой систему сходящихся ступенек, образующуюся в плоскости скола в результате разрушения перемычек между хрупкими микротрещинами, распространяющимися по параллельным, близко расположенным кристаллографическим плоскостям. Направление слияния ступенек скола в ручьистом узоре соответствует направлению распространения трещины. Частный случай ручьистого узора – веерообразный узор, который возникает, если ступеньки скола сходятся в одной точке в пределах фасетки.

Ручьистый узор на поверхности фасеток скола (рис. 11 в, г) 11 в – ПЭМ, ?2500; 11 г – РЭМ, ?1000.

Рис. 11. Ручьистый узор на поверхности фасеток скола:

в – ПЭМ, ?2500; г – РЭМ, ?1000

Фасетка квазискола (рис. 12 а, б) – относительно ровный (плоский) участок разрушения, не всегда связанный ориентационно с плоскостями скола и характеризующийся тем, что наряду с признаками хрупкого разрушения имеет признаки пластической деформации (гребни). Фасетка квазискола имеет менее четкие границы, чем фасетка скола. Разрушение развивается преимущественно от центральной части фасетки к периферии.

Фасетка межзеренная (межсубзеренная) – фасетка в виде многоугольника, образующаяся при разрушении по одной грани зерна (субзерна; рис. 13 а, б, в).

Поверхность межзеренных фасеток может быть гладкой, с ямочным или другим специфическим рельефом.

Ямки (рис. 14 а, б) (рис. 13 а, б, в) – микроуглубления на поверхности разрушения, представляющие собой вскрытые поверхности микропустот, образующихся в процессе пластического течения металла.

Рис. 12. Фасетка квазискола:

а – ПЭМ, ?10000; б – РЭМ, ?1000

Рис. 13. Межзеренные фасетки:

а – ПЭМ, ?2600; б – РЭМ, ?1000; в – межсубзеренные фасетки, РЭМ, ?1000

Очагом зарождения микропустот могут служить частицы неметаллических включений или вторых фаз, микронесплошности на границах зерен, субзерен и на плоскостях сдвига.

Форма (конфигурация) ямок (равноосная, вытянутая, параболическая, цилиндрическая, неправильной формы) определяется напряженным состоянием и формой инициатора образования ямки.

Глубина ямок (высота перемычек между ними) есть мера способности материала к пластической деформации.

Рис. 14. Ямки:

а – ПЭМ, ?2600; б – РЭМ, ?3000

Рис. 15. Ямка волокнисто-полосчатого излома:

а – ПЭМ, ?200; б – РЭМ, ?1000

Ямка волокнисто-полосчатого излома (рис. 15 а, б) – микроуглубление на поверхности разрушения, возникшее в результате образования и слияния микропустот около вытянутых структурных неоднородностей: неметаллических включений и ликвационных зон; характерны для изломов поперечных образцов из материалов, подвергнутых горячей пластической деформации.

Сотовый рельеф (рис. 16) – микрорельеф поверхности разрушения в виде мелких плоских ямок. Свидетельствует о малой доле локальной пластической деформации при разрушении. Встречается часто при разрушении литых материалов; наблюдается также при разрушении перегретых сталей.

Риc. 16. Сотовый рельеф. ПЭМ, ?10000

Рис. 17. Гребень

а – ПЭМ, ?9400, б – РЭМ, ?5000

Гребень (рис.17 а, б) – вытянутый участок, возвышающийся над поверхностью разрушения (на обеих половинах излома), образовавшийся в результате пластической деформации и разрушения перемычек между другими элементами излома.

Ступенька (рис. 18) – элемент микрорельефа излома прямолинейной или изогнутой формы, образующийся при соединении двух микроповерхностей разрушения, расположенных на разных уровнях; может возникать также в результате скола вдоль границ двойников.

Язычок (рис. 19) – элемент строения поверхности фасетки скола и квазискола треугольной или трапецевидной формы, образующийся в результате локального разрушения вдоль поверхности раздела матрица – двойник.

Язычку, находящемуся на одной половине излома, соответствует углубление на ответной половине излома.