Структурно–феноменологическая модель роста усталостной трещины в порошковых металлокомпозитах

Е.М. Якушина (Пермь)

Порошковая технология позволяет значительно расширить область получения дисперсных тел с принципиально новыми свойствами, использование которых выводит технику на более высокий уровень. Вместе с тем, обладая рядом преимуществ по сравнению с литыми металлами и сплавами, спеченные порошковые материалы, как правило, обладают склонностью к хрупкому разрушению и низкой способностью сопротивляться распространению трещины. В связи с этим, возникает необходимость в комплексном изучении причин появления и условий развития трещин, а также факторов, влияющих на долговечность конструкций.

Для оценки сопротивления материала усталостной трещине проводились испытания образцов спеченных порошковых металлокомпозитов на основе железа и порошкового титанового сплава на основе механизированной титановой губки. Визуальное наблюдение микроструктуры порошковых материалов осуществлялось с помощью микроскопа металлографического агрегатного серии ЕС МЕТАМ РВ и микроскопа стереоскопического МБС–9. Выявлены общие закономерности и особенности механизма роста трещины в режиме многоциклового нагружения в спеченных порошковых материалах с различной структурой.

Структурно - феноменологический подход, который в данной работе являлся основой для моделирования процесса роста усталостной трещины, позволяет рассматривать процессы усталостного разрушения как на макроуровне, отражающего поведение материала как однородного, так и на микроуровне, учитывающего особенности структурного строения порошковых сталей. Математическое описание микроструктуры производилось в результате обработки изображения структуры материала, полученное с использованием проекционного сканера ScanNex II. Аппарат теории случайных функций, используемый для описания неоднородной микроструктуры порошкового материала, позволяет определить локальные параметры разрушения для элементарного объема, окружающего вершину усталостной трещины.

Практическое значение имеют представленные в работе параметры циклической трещиностойкости, которые не только уточняют для исследуемых материалов параметры циклической трещиностойкости, но и могут быть использованы для прогнозирования поведения элементов конструкций, для назначения безопасных режимов эксплуатации при циклическом нагружении.