ные включения, пока они не будут в состоянии трансформировать зону повышенной деформации в трещину, близкую по размерам к критической.

Довольно часто при изучении влияния неметаллических включений и пор на прочность металла эти дефекты рассматривают как концентраторы напряжений. Однако рассматривать поры и включения только как концентраторы напряжений и объяснять только этим влияние их на процесс формирования и развития разрушения, очевидно, не совсем верно. Об этом, в частности, свидетельствует несовпадение теоретических и экспериментальных данных по изучению влияния неметаллических включений на свойства стали.

Влияние неметаллических включений и пор более полно можно оценить на основе анализа напряженного состояния, возникающего в прилегающей к ним области.

Согласно исследованиям [112], в области неметаллического включения вследствие различных значений коэффициентов термического расширения неметаллического включения и матрицы могут возникнуть термоструктурные напряжения, достигающие значительной величины. Это может привести к образованию зон предразрушения, где возникнет и будет развиваться разрушение даже без приложенной извне нагрузки.

Под нагрузкой в процессе деформации благодаря различию упругих и пластических свойств включения и матрицы (металла) на границе между ними может произойти разделение материала, и вблизи включения вытягивается полость, которая может перейти в трещину. Разрушение может начаться и с разрушения самого включения вследствие скопления около него дислокаций. О том, что на границе между металлом и неметаллическим включением в процессе кристаллизации возможно образование дислокационных источников, свидетельствуют данные работы [151], согласно которым вблизи включений существуют сдвиговые напряжения, достаточные для работы дислокационных источников. Кроме того, в процессе

и 10 20 30 ЬО Размер дкжчеиий, тн

Рис. 2. Зависимость величины зоны пластической деформации от размера неметаллических включений при а = 274 МПа [259]:

/ — СтЗ — оксидные включения: 2 — кремнистые железосиликатные включення.

охлаждения под действием термических напряжений возникают вакансионные потоки, направленные к неметаллическому включению. Это дало основание предположить [259], что влияние неметаллических включений, например на сопротивление усталости, связано с подпитыванием растущей трещины вакансиями из резервуара неметаллического включения. Однако с увеличением скорости охлаждения металла этот механизм, по-видимому, будет проявляться в меньшей мере.

Очевидно, что и при наличии в металле пор вокруг них также создаются значительные напряжения, поскольку давление газов в порах может достигать десятков и даже сотен атмосфер. Особенно значительными эти давления будут, если в металле присутствует водород.

Образование трещин во многом зависит и от состояния границ зерен [35, 127, 172]. Преимущественное выделение примесей на границах зерен и изменение состава приграничных участков будут способствовать межзеренному охрупчиванию и образованию микротрещин на границах между зернами. Кроме того, образованию трещин может способствовать сегрегация примеси на границах зерен, приводящая или к локальному упрочнению, или к уменьшению эффективной поверхностной энергии.

Однако наличие границ между зернами может и затруднить распространение трещин, поскольку наличие межзеренных границ вызывает дополнительное рассеяние энергии при прохождении трещины. Это следует из сопоставления энергетических условий распространения трещины в монокристалле или поликристалле [172], которые соответственно описываются следующими выражениями:

№ + йК + 2ат-гй1 0;(1.2)

йи + йК + 2ат_гМ + Ш 0,(1.3)

где йи — работа внешних и внутренних напряжений, затраченная на увеличение длины трещины на й1\ &К — работа кинетической энергии; от_г—свободная поверхностная энергия в плоскости раскрытия трещины.

Из сравнения выражений (1.2) и (1.3) видно, что они отличаются слагаемым йШ, которое представляет собой дополнительную энергию, расходуемую на переориентацию трещины, на зарождение на границах новых микротрещин и т. д. Вообще изменение направления роста трещины должно затруднить образование трещины, так как с увеличением длины трещины требуется больше энергии для ее образования.