Файл: Бетанели, А. И. Прочность и надежность режущего инструмента.pdf

Принято, что в каждом твердом теле имеются рассеянные по всему его объему многочисленные дефекты в виде микроскопи­ ческих трещинок (рис. 1.3) [93]. Размеры этих трещин малы, хотя и значительны по сравнению с размерами атомов и расстояниями между ними. Например, в металлах такие трещинки могут иметь длину І-г-5 мкм и ширину, равную нескольким десяткам атомов [93]. Гриффис полагал, что действительное сопротивление многих материалов возросло бы весьма значительно, даже в 10—20 раз, если бы можно было устранить эти внутренние дефекты. Этим и объясняется большая разница между теоретической и техни­ ческой прочностью.

Рис. 1.3. Схема микроструктуры материалов по Гриффису.

Известно, что зарождение микротрещины где-либо произойдет лишь в том случае, если будут достигнуты напряжения, равные теоретической прочности. (Теоретические расчеты показывают, что разрушение идеального твердого тела должно происходить при напряжениях порядка 0,1Е, где Е — модуль упругости). При сравнительно небольших средних напряжениях это может прои­ зойти только при наличии концентраторов напряжений или вы­ соких внутренних напряжений. Роль концентраторов напряжений могут играть неоднородности в структуре материала (например, включения), трещины и ступеньки на поверхности образцов, при­

18

чем ступеньки действуют почти Так же, как трещины, равного с ними размера. Именно этими дефектами объясняется сильная зависимость хрупкой прочности от состояния поверхности (так, прочность значительно повышается в результате травления поверх­ ности). Высокие внутренние напряжения возникают при затвер­ девании, термообработке и деформировании твердых тел. В крис­ таллах возникновение малых напряжений может быть результа­ том различного распределения дислокаций [116].

В настоящее время подавляющее большинство авторов счи­ тает, что зарождение очагов разрушения в кристаллической ре­ шетке происходит за счет неоднородной пластической деформации. Факторами, способствующими этому, являются локализация, де­ формации и блокировка скольжения в окружающем объеме. Полученные за последнее время данные показывают, что вопрос о роли пластической деформации в разрушении является сущес­ твенным даже и для таких «идеально» хрупких материалов, как германий, кремний и даже стекло [116].

Микроскопическое разрушение есть результат постепенного накопления и развития микротрещин, которые с увеличением внешней нагрузки сливаются в макротрещину, распространяющуюся при определенных условиях с большой скоростью [38, 133, 176]. Эту центральную макротрещину можно считать первичной макро­ трещиной, с которой начинается макроскопическое разрушение, а начало этой трещины можно считать опасной точкойЛавинооб­ разное полное разрушение происходит тогда, когда длина тре­ щины достигает критической величины. В настоящее время из­ вестны попытки расчета пути распространения трещины — траек­ тории трещины (см. [5] и др.).

Процесс зарождения и развития трещин определяет хрупкое разрушение как процесс во времени, т. е. зависящий от продолжи­ тельности нагрузки. На рис. 1.4 приведены данные А . И. Исаева и О. М. Кирилловой [62, 86] о влиянии времени резания на процесс развития трещин на передней поверхности минералокерамического резца. Ими были обнаружены трещины на дне лунки при снятии, небольшого слоя доводкой, причем в первую минуту образуются трещины, которые направлены перпендикулярно режущей кром­ ке; далее с повышением продолжительности резания количествотрещин возрастает и размеры их увеличиваются. А . И . Пекель-

19.

харинг [171] такое трещинообразование называет гребешке - образным (рис. 1.4).

Установлено, что среди метал­ локерамических твердых сплавов

С точки зрения механизма хрупкого разрушения инструмен­ тальных материалов важное значение имеет определение направ­ ления развития их траекторий в металлокерамических твердых ■ сплавах. Необходимо знать, развиваются ли трещины между кар­ бидными зернами по цементирующей связке или же они проходят по карбидным зернам.

В. И. Третьяков, Е. А . Гольдберг, И. П. Чапорова [123] в ре­ зультате проведенного под оптическим микроскопом исследова­ ния края разрушенных на копре Шарпи образцов вольфрамо-ко­ бальтовых сплавов с содержанием 3—30% кобальта и трещин в них выявили, что разрушение происходит главным образом пс границе между цементирующей фазой и карбидными зернами. Тре-

20

щина обходит, как правило, зерна карбида, ги граница излома представляет, таким образом, резко очерченные контуры целых

бальтовой фазе, пересекая отдельные наиболее крупные карбидные зерна в тех весьма редких случаях, когда эти зерна расположены наибольшей стороной перпендикулярно направлению хода тре­ щины. В сплавах среднезернистой серии (средний размер карбид­ ных зерен 3,3 мкм) трещины проходят как по кобальту, так и по карбидным зернам, огибая наиболее мелкие и разрушая крупные зерна. В сплавах самой крупнозернистой серии (средний размер карбидных зерен 4,95 мкм) трещины также проходят как по ко­ бальту, так и по карбидным зернам, разрушая практически все

21