Количественное сравнение поверхностей разрушения с морфологией скола и квазискола в охрупченной водородом низкоуглеродистой стали

Е.Д. Мерсон ORCID logo , В.А. Полуянов, П.Н. Мягких ORCID logo , Д.Л. Мерсон, А.Ю. Виноградов показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 23 апреля 2020; Исправлена: 15 июня 2020; Принята: 16 июня 2020
Цитирование: Е.Д. Мерсон, В.А. Полуянов, П.Н. Мягких, Д.Л. Мерсон, А.Ю. Виноградов. Количественное сравнение поверхностей разрушения с морфологией скола и квазискола в охрупченной водородом низкоуглеродистой стали. Письма о материалах. 2020. Т.10. №3. С.303-308
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-3-303-308

Аннотация

Получена поверхность разрушения, состоящая из двух участков, характеризующихся фасетками низкотемпературного скола и водородо-асситированного квазискола. Показано, что средний угол разориентировки фасеток квазискола в 1,5 раза ниже, чем у фасеток скола.Механизм образования поверхности разрушения с морфологией квазискола (КС) в охрупченных водородом низкоуглеродистых сталях до конца не изучен и активно обсуждается в литературе. В настоящий момент существует две прямо противоположных точки зрения относительно происхождения изломов такого вида. Согласно первой, КС является результатом истинного скола (ИС), облегченного под действием водорода. По второй версии КС образуется в результате роста трещины по видоизмененному механизму вязкого разрушения. Для прояснения природы механизма разрушения низкоуглеродистых сталей охрупченных водородом в настоящей работе проведено сравнение количественных характеристик фасеток скола и квазискола в одном и том же изломе. Для этого надрезанный образец отожженной низкоуглеродистой стали марки S235JR растягивали при электролитическом in-situ наводороживании до заданной деформации, при которой трещина КС достигала необходимой длины. После чего образец доламывали в жидком азоте. В результате был получен излом, содержащий как фасетки КС, так и фасетки ИС с четкой границей между двумя частями излома, представленными данными видами морфологий. При помощи конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ) показано, что в масштабе нескольких фасеток рельеф участка излома с морфологией КС существенно более плоский по сравнению с участком ИС. С использованием топографических карт изломов, полученных при помощи КЛСМ, а также оригинальной компьютеризированной методики количественного анализа фасеток было установлено, что средний угол разориентировки фасеток КС в 1.5 раза ниже, а их кривизна (отклонение от плоскости) в 3 раза выше, чем у фасеток ИС. На основе полученных результатов сделан вывод о том, что путь трещин КС, а значит и механизм их роста должен существенно отличаться от пути и механизма распространения трещин ИС.

Ссылки (15)

1. S. P. Lynch. Corros. Rev. 30, 63 (2012). Crossref
2. X. Chen, W. W. Gerberich. Metall. Trans. A. 22, 59 (1991). Crossref
3. F. Nakasato, I. Bernstein. Metall. Mater. Trans. A. 9, 1317 (1978). Crossref
4. K. Okada, A. Shibata, Y. Takeda, N. Tsuji. Int. J. Hydrogen Energy. 43, 11298 (2018). Crossref
5. M. L. Martin, J. A. Fenske, G. S. Liu, P. Sofronis, I. M. Robertson. Acta Mater. 59, 1601 (2011). Crossref
6. D. Birenis, Y. Ogawa, H. Matsunaga, O. Takakuwa, J. Yamabe, Ø. Prytz, A. Thøgersen. Mater. Sci. Eng. A. 756, 396 (2019). Crossref
7. E. Merson, A. V. Kudrya, V. A. Trachenko, D. Merson, V. Danilov, A. Vinogradov. Mater. Sci. Eng. A. 665, 35 (2016). Crossref
8. E. D. Merson, V. A. Poluyanov, D. L. Merson, A. Y. Vinogradov. Met. Sci. Heat Treat. 61, 191 (2019). Crossref
9. E. D. Merson, P. N. Myagkikh, V. A. Poluyanov, D. L. Merson, A. Vinogradov. Eng. Fract. Mech. 214, 177 (2019). Crossref
10. M. A. Shtremel. Fracture. Book 2. Moscow, MISIS (2015) 975 p. (in Russian) [М. А. Штремель. Разрушение. Книга 2. Москва, МИСИС (2015) 975 c.].
11. T. Neeraj, R. Srinivasan, J. Li. Acta Mater. 60, 5160 (2012). Crossref
12. M. L. Martin, M. Dadfarnia, A. Nagao, S. Wang, P. Sofronis. Acta Mater. 165, 734 (2019). Crossref
13. N. Takano, K. Kidani, Y. Hattori, F. Terasaki. Scr. Metall. Mater. 29, 75 (1993). Crossref
14. M. L. Martin, I. M. Robertson, P. Sofronis. Scr. Mater. 59, 3680 (2011). Crossref
15. E. Merson, V. Danilov, D. Merson, A. Vinogradov. Eng. Fract. Mech. 183, 147 (2017). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Russian Science Foundation - 19-79-00188