255 / 397
Материаловедение, динамика и прочность машин и механизмов
255
зихрупкого разрушения плоскую; дальнейшее ускорение трещины; образование малых тре-
щин и т.п. [1,2].
На процесс формирования трещины и на кинетику ее распространения оказывают
влияние макронапряжения [3]. Так называемые малые трещины в зависимости от действую-
щего уровня напряжений могут распространяться и перерастать в длинные. С другой сторо-
ны, существует такой уровень напряжений, при котором трещина не обладает способностью
к распространению. Критический размер неустойчивой малой трещины
l
кр
соизмерим
с эф-
фективной глубиной диффузионной зоны. На внутренней границе эффективной диффузион-
ной зоны слоя любого типа формируются, в основном, дисперсные частицы размерами
0,04...0,05 мкм, объем которых достигает 20
%.
Этот своеобразный "запирающий слой" зале-
гает на различных глубинах в зависимости от продолжительности насыщения. Последнее
доказывает, что параметр
l
кр
является структурночувствительной величиной, определяемой
типом слоя.
Время существования малой трещины, выраженное параметром
N
кр
, определяется
также гетерогенностью диффузионной зоны, и ее изменение может быть связано с прило-
женным напряжением.
При малых напряжениях малая трещина развивается с ускорением по глубине диффу-
зионных зон слоев любой гетерогенности. При этом надо отметить, что чем выше гетероген-
ность, тем больше стартовая скорость. С увеличением напряжения и плотности частиц вто-
рой фазы скорость старта трещин с поверхности возрастает. Причем в слоях, имеющих наи-
большую гетерогенность, при высоких напряжениях дефекта возможен наиболее динамич-
ный старт с последующим (на глубине 20 мкм) резким торможением. При последующем
увеличении амплитуды напряжения наблюдается замедление движения трещин по глубине
покрытия. С повышением степени структурной гетерогенности зона с максимальной скоро-
стью дефекта переносится вглубь диффузионной зоны на глубину 120…140 мкм. При этом,
чем больше размер
дисперсных частиц второй фазы (0,04…0,05 мкм), тем активнее тормо-
жение осуществляется на стадии развития трещины.
Таким образом, частицы второй фазы играют двоякую роль: крупные включения раз-
мерами 0,1…0,2 мкм являются концентраторами напряжений, способствуя разрушению,
мелкие же величиной 0,04…0,05 мкм играют роль стопоров (рис.1).
х1000
х5000
х1000
х5000
а)
б)
Рис. 1. Изменение микроструктуры по глубине никотрированного слоя,
а
– 10 мкм;
б
– 45 мкм
На это указывает тот факт, что с увеличением плотности и размеров частиц трещины
ускоряются, причем кинетический параметр
V
тр
предопределяется уровнем действующих
напряжений.
Отчетливо проявляется влияние частиц фаз при высоких напряжениях. Трещины
стартуют с высокой скоростью от поверхности в любом по гетерогенности слое, так как в
приповерхностной диффузионной зоне существует достаточно высокая плотность крупных
частиц, играющих роль концентраторов напряжений. По мере развития трещина начинает
тормозиться, и это обусловлено частицами-стопорами.