Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Трещина
Ф и г. 15.5. Зарождение трещины скола в результате пересечения двоііііикоп в монокристалле молибдена, сжатого с большой скоростью при комнатной температуре, X 200
[56].
Деформационное двойиикование также может служить источником зарождения хрупких трещин в металлах с объемноцентрированпой кубической решеткой [19] (фиг. 15.5). В недавних работах [20, 55, 561 показало, что возникновение зародыша трещины в результате двойниковаиия возможно в том случае, когда деформационный сдвиг пересекает пластинку
24*
372
Глава 15
двойника или когда пластинка двойника встречается с границей зерна. Образование трещины наиболее вероятно, если действующее напряжение, нормальное к плоскости скола, велико, а линия пересечения двойников близка к этой плоскости скола.
Стро [II проанализировал возможность зарождения трещин в результате скопления дислокаций у других дислокаций, действующих как препятствия, и пришел к выводу, что такие барьеры, как правило, недостаточно прочны для того, чтобы на них могли зародиться трещины. Таким образом, следует сделать заключение, что наиболее благоприятными местами для зарождения трещин являются границы двойников и зерен.
§ 5. Хрупкое разрушение монокристаллов
Во многих кристаллических телах при низких температурах нарушение сплошности происходит в форме хрупкого разрушения или скола; кристаллы с ионной и ковалентной связью более склонны к хрупкости, чем к существенной пластической деформации. Разрушение в виде истинного скола в металлах с гранецентрированной кубической решеткой не известно, но оно встречается в металлах с объемноцентрированиой кубической решеткой, в частности в железе, молибдене, хроме, ванадии, вольфраме и тантале, где его появление связано с наличием внедренных атомов примесей в твердых растворах. В ряде металлов с гексагональной решеткой, а именно в цинке, магнии, титане, цирконии и бериллии, при достаточно низких температурах наблюдается хрупкое разрушение вдоль базисной плоскости. Хотя присутствие примесей делает эти металлы хрупкими и при более высоких температурах, однако до сих пор не ясно, приведет ли уменьшение содержания примесей до очень низкого уровня к исчезновению указанного явления. Например, в цинке очень высокой чистоты тем не менее наблюдается скол при низкой температуре. Металлы с другими типами кристаллической решетки часто являются хрупкими (например, висмут, сурьма, уран). Типичные плоскости скола некоторых металлов приведены в табл. 15.1. Невозможно установить
Таблица 15.1
Плоскости скола у кристаллов
Металл Кристаллическая структура Плоскость разрушения Металл Кристаллическая структура Плоскость разрушения
Железо О. ц. к. 1001} Висмут Po мбо эд рич е с ка я {111}
Молибден О. ц. к. {00If NaCI Кубическая, типа {001}
Хром О. ц. к. H)Ol} каменной соли
Вольфрам О. ц. к. {001} MgO Кубическая, типа {001}
Тантал О. ц. к. {110} каменной соли
Ванадий О. ц. к. {110} LiF Кубическая, типа {001}
Цинк Г. п. у. {0001} каменной соли
Бериллий Г. и. у. {0001} Алмаз Кубическая {111}
единый критерий, позволяющий определить плоскость разрушения, например, как плоскость с наиболее плотной упаковкой или с наименьшей поверхностной энергией, однако металлы с тождественной кристаллической решеткой, как правило, ведут себя одинаково.
В ранних работах, посвященных исследованию разрушения монокристаллов, указывалось, что разрушение происходит при постоянном нормальном напряжении (т. е. напряжение, нормальное плоскости скола, при разрушении постоянно). Авторы более поздних работ не подтвердили это положение для цинка [21] и железа [22], но и не установили какого-либо другого
1200
1Ю00 -
O i_1_і і_l-!-—I
O 15 30 45 60 75 90
Ф и г. 15.6. Зависимость разрушающего напряжения от угла между плоскостью скольжения и осью образца [21]. Bnojixy — растягивающее напряжение; светлые кружки откосятся к образцам, имеющим одно благоприятно ориентированное направление скольжения, а темные — к образцам, имеющим два таких направления; внизу — светлые кружки — растягивающая компонента разрушающего напряжения, перпендикулярная плоскости скола, темные пружки — компонента приведенного напряжения сдвига в олоскости скольжения в направлении скольжения.
374
Глава 15
простого критерия процесса разрушения. Разрушающее напряжение при растяжении монокристаллов очень сильно изменяется в зависимости от их ориентировки (фиг. 15.6), причем минимальное напряжение соответствует расположению плоскости разрушения под углом 45—50° к оси растяжения. На фиг. 15.6 показапо изменение нормальной и касательной составляющих растягивающего напряжения по отношению к плоскости разрыва в зависимости от угла между плоскостью разрыва и осью растяжения. Ясно, что критерий касательного напряжения лучше, чем критерий нормального напряжения, однако ни один из них не дает надежной основы для оценки влияния ориентировки на величину разрушающего напряжепия.
Монокристаллы железа обычной чистоты при понижении температуры испытания от 120 до 20 К обнаруживают четкий переход от !вязкого к хрупкому разрушению. При 77 К вид разрушения (вязкое или і хрупкое) определяется лишь ориентировкой кристалла [23]. Образцы с мягкой ориентировкой в направлении [110] склонны к вязкому разрушению, тогда как для образцов с твердой ориентировкой характерно хрупкое разрушение; этот факт свидетельствует о том, что появление зародышей хрупкого разрушения более вероятно при наличии вторичного скольжения. Указанная закономерность подтверждает способ зарождения трещин, который заклю-' чается в слиянии дислокаций, движущихся в двух различных плоскостях скольжения, т, е., по-видимому, наиболее вероятный механизм этого процесса в отсутствие границ зерен и двойников. В более поздней работе [55] дана интерпретация зависимости свойств монокристаллов от их ориентировки на основе наличия двойников.
