img074

1. Makro- i mikrofraktograficzna analiza powierzchni pęknięcia elementów konstrukcji

1.1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest nauczenie rozpoznawania przełomów zmęczeniowych elementów konstrukcji, ich identyfikacja i interpretacja charakterystycznych cech przełomu oraz ocena możliwości oszacowania prędkości zmęczeniowego pękania.

1.2. Wiadomości ogólne

1.2.1. Wprowadzenie

Fraktografia jest bardzo rozległym obszarem nauki zajmującej się badaniem, analizą i opisem powierzchni przełomów ciała stałego. Z tymi badaniami łączy się poznawanie przebiegu pękania i jego mechanizmu. Rozległość badań fraktograficznych wynika z niezwykłej rozpiętości wymiarów ciał stałych, od badań spękań skorupy ziemskiej (tektonofraktografia) do mikroskopowych badań szczegółów mikrobudowy przełomów zmęczeniowych, które są domeną mikrofraktografii. Przed mikroffakto-grafią umieszcza się makrofraktografię z uwagi na skalę i zasięg badań.

Do analizy makrofraktograficznej zalicza się obserwacje powierzchni pęknięć nieuzbrojonym okiem lub przy małym powiększeniu, jak na przykład za pomocą lupy.

Analizę mikrofraktograficzną powierzchni przełomów, na przykład przełomów zmęczeniowych metali, przeprowadza się za pomocą mikroskopów elektronowych: skaningowego (SEM) i transmisyjnego (TEM).

Powierzchnia przełomu ciała powstaje w wyniku procesu pękania pod wpływem pola sił. Taka powierzchnia powstała pod wpływem obciążenia zmiennego, a przede wszystkim przy obciążeniach eksploatacyjnych, jest nazywana przełomem zmęczeniowym.

Badania przełomów metali przy obciążeniach statycznych i zmęczeniowych w Polsce rozpoczął prof. S. Kocańda w 1949 r. Zdjęcia tych przełomów zamieścił w swoich książkach m.in. [2]-[3], które ukazały się w wielu wydaniach. Zawierają one zdjęcia i analizę kilkuset zdjęć przełomów zmęczeniowych różnych metali wykonanych za pomocą mikroskopów SEM i TEM.

Fraktografia oddaje nieocenione usługi przy odtwarzaniu przebiegu katastroficznego pękania elementu konstrukcji na podstawie wyglądu jego powierzchni pęknięcia. Jest to szczególnie ważne z uwagi na katastrofalne skutki zniszczeń statków latających, platform wiertniczych, urządzeń techniki jądrowej, mostów itp. Przy pewnej wiedzy materiałoznawczej i doświadczeniu inżynierskiemu z powierzchni przełomu można odczytać historię obciążenia elementu konstrukcyjnego oraz określić rodzaj przełomu, lub ujmując inaczej - określić mechanizm pękania ciała.

7