Пластичний руйнування, також відомий якпластичний переломабоперелом при розтягуванні, відноситься до типу руйнування, яке виникає, коли навантаження, прикладене до металевого матеріалу, перевищує його межу текучості, що призводить до значної макроскопічної пластичної деформації перед руйнуванням. Тому його також називаютьруйнування від пластичного перевантаження.
Типовим прикладом є руйнування гладкого зразка на розтяг під дією одновісного статичного навантаження, як показано на малюнку нижче. Поверхня зламу чіткашийкаявище біля розриву. Макроскопічно поверхня зламу має aчашка-і-конусформа: з'являється центральна областьфібрознийітемно-сірийв кольорі, загперпендикулярнийдо напрямку напруги розтягу, тоді як зовнішня область особливостейзсув губякі формуються приблизно на aкут 45 градусівдо осі розтягування.
У практичних застосуваннях форма компонентів і сили, які вони відчувають, можуть бути досить складними, тому макроскопічні особливості морфології руйнування можуть бути неочевидними. Однак першочерговою основою розрізнення міжпластичний зламікрихкий зламце наявність або відсутність значної макроскопічної пластичної деформації поблизу зламу.
З точки зору механізму руйнування металевих матеріалів існує два основних типи:відділення ковзанняіпластичний ямковий перелом.
Відділення ковзаннявідноситься до явища, коли під дією зовнішньої сили атоми в кристалічній структурі матеріалу відчувають відносне ковзання вздовж певних кристалічних площин і напрямків через напругу зсуву, яка відома якковзання. Коли це ковзання відбувається непостійно або нерівномірно, або коли воно перешкоджає межам зерен, межам фаз або іншим межам розділу, у цих місцях утворюються невеликі зазори або тріщини, що призводить довідділення ковзання. Чистий ковзаючий відрив руйнування є відносно рідкісним у металевих матеріалах.
Пластичний ямковий переломє більш поширеним типом. Механізм утворення та поширення тріщини в цьому режимі такий: металеві матеріали містять різні розриви, такі як порожнечі, включення, частинки другої-фази, межі зерен і межі фаз. Під час навантаження від перевантаження (перевищення межі текучості) концентрація напруги розвивається в цих локальних регіонах, викликаючи пластичну деформацію. У міру прогресування деформації на цих розривах або межах розділу утворюються мікропорожнини. Оскільки деформація продовжує зростати, мікропорожнини ростуть і зливаються, зрештою з’єднуючись, утворюючи мікротріщини. Під постійним навантаженням ці мікротріщини повільно розширюються, поки не досягнуть критичного розміру, що призводить до руйнування. Ці мікропорожнини називаютьсяпластичні ямочки(абопластикові ями). Типову морфологію пластичних ямок, що спостерігаються за допомогою SEM, показано на малюнку нижче, де в нижній частині ямок також можна побачити частки або включення другої-фази.
При різних напружених станах морфологіяпластичні ямочкина пластичному руйнуванні також змінюється. Загалом їх можна розділити на три види:рівновісні ямочки(під напругою розтягування),слізні ямочки(під напругою розриву, режим I), ізсувні ямочки(під напругою зсуву, режим II і режим III).
У практичному аналізі морфології переломів часто спостерігається наявність усіх трьох типівпластична ямкаможуть з'явитися морфології. Як правило, це пов’язано зі складним напруженим станом, який відчуває матеріал, або, за умов простого напруження, коли тріщина поширюється, відбуваються локальні зміни напруги, що призводить до відмінностей у морфології ямок.
Крім того, ми не можемо просто визначити, що перелом єпластичнийзаснований на наявності численних ямок в області локального перелому. Пластичні ямки не є необхідною і достатньою умовою дляпластичний злам, тому що в реальних ситуаціях багатозмішані переломиможе виникнути, наприкладквазі-розколювальні переломи. Таким чином, все ще необхідно поєднувати як макроскопічний, так і мікроскопічний аналіз, щоб визначити тип руйнування, зрозуміти механізм відмови, виявити першопричину відмови руйнування та запропонувати пропозиції щодо покращення матеріалу, конструкції компонентів, виробничих процесів та середовища використання.
За яких умов більш імовірний пластичний руйнування? Будь-який фактор, що збільшуєпластичність(зменшуєкрихкість) сприятиме виникненню пластичного руйнування. Наступні пункти підсумовують ключові фактори:
Чудова мікроструктура:Різні мікроструктури можуть призвести до різних переломів за однакових умов. Наприклад, відпущений мартенсит має кращу пластичність, тоді як перліт + ферит має відносно нижчу пластичність. Перший з більшою ймовірністю зазнає пластичного руйнування.
Дрібно{0}}зерниста структура:Як правило, чим дрібніші зерна, тим краща пластичність. Крім того, дефекти дрібно-зернистих структур часто менші, тому для руйнування потрібна більша напруга.
Жорсткі включення або частки другої-фази:Жорсткі включення або частки другої-фази зазвичай не знижують пластичність матеріалу. Іноді пластична друга фаза може навіть покращити пластичність матеріалу. Як показано на діаграмі нижче,пластичні ямочкимістять значну кількість сульфідних включень типу А, але матеріал все ще єруйнування від пластичного перевантаження.
Чиста сировина:Підвищення чистоти матеріалу, наприклад, звернення уваги на введення зовнішніх домішок під час виробництва сталі, зменшення шкідливих домішок у матеріалі та мінімізація можливостіміжзеренна крихкістьікрихкі включення другої-фази.
Хороший структурний дизайн:Уникнення концентрації напруги, наприклад, зменшення гострих кутів, виїмок тощо, і проектування конструкції, яка забезпечує рівномірний розподіл навантаження.
Хороше робоче середовище (температура, умови середовища тощо):Зведення до мінімуму впливу корозійних середовищ і низьких{0}}температур. Якщо необхідні такі умови, при проектуванні матеріалу слід враховувати екологічну чутливість.
дляпластичний злам, у практичних застосуваннях це допускає значну деформацію без раптового руйнування. Тому, з цієї точки зору, порівняно зкрихкий злам, пластичне руйнування є більш прийнятним способом руйнування. Однак, якщо процес розробки матеріалів, виробництва та використання належним чином контролюється на кожному етапі, можна уникнути непотрібних випадків руйнування, зменшивши втрати майна як для підприємств, так і для держав.