книги / Разрушение твердых тел
..pdfвеличины напряжения течения, характерной для данной темпе ратуры. В этих твердых телах конкурирующие процессы затруд ненного поперечного скольжения и зарождения трещин Находят ся в равновесии при комнатной температуре и, вообще говоря, в результате локальной концентрации напряжений они будут до стигать уровня разрушающего напряжения скола ранее, чем раз витое поперечное скольжение сможет понизить концентрацию напряжений. Роль примесей поэтому становится весьма важной.
Рис. 11. Зависимость напряжения |
|
|||||||
течения |
от |
температуры |
при |
Рис. 12. Зависимость напряжения те |
||||
скольжении |
по |
плоскостям |
(110) |
|||||
чения от температуры при скольже |
||||||||
и (100) |
в |
LiF |
[37] |
(точки |
для |
|||
нии по (110) и (100) в MgO [38]: |
||||||||
300° К |
на кривой (100) |
по Джон |
||||||
/ — скольжение по (100), испытание на |
||||||||
|
|
стону) : |
|
|
||||
|
|
испытание |
сжатие; 2 — скольжение по (ПО), испы |
|||||
— скольжение |
по |
(110), |
тание на сжатие. Стрелками отмечены об |
|||||
на изгиб; 2 |
— скольжение по |
(100), |
разцы, разрушившиеся до начала |
|||||
|
испытание на |
кручение |
|
течения |
Как было уже указано ранее, примеси, скопившиеся по грани цам зерен, часто снижают сцепление тю границам и, тем самым, способствуют зарождению трещин. К сожалению, даже неболь шое количество примесей оказывает существенное влияние и до статочно чистые материалы получить весьма трудно. Недавние попытки получения мелкозернистого LiF высокой чистоты можно лишь отчасти считать успешными. На рис. 13 представлены кри вые зависимости напряжения от деформации, полученные Хазлеттом и Фейерштейном при растяжении мелкозернистого LiF высокой чистоты при комнатной температуре. Найденное ими удлинение превышает 0,3%, что указывает на возможность полу чения в будущем большой пластичности.
Для пластического течения поликристаллического LiF при комнатной температуре необходимо наличие поперечного сколь
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жения, |
т. е. материал |
должен |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
иметь характеристики, |
свойст |
||||||||||||
|
г) |
|
|
|
|
|
|
|
|
венные температурной |
зоне |
II. |
|||||||||||
|
м м |
|
|
|
|
|
|
|
|
Недавно Скотт и Паск полу |
|||||||||||||
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
чили подтверждение |
этого |
яв |
|||||||||||
|
г ( к Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
ления, |
|
|
установив |
|
наличие |
||||||||
|
/м |
|
|
|
|
|
|
|
|
скольжения |
|
по |
плоскостям |
||||||||||
|
М н |
|
|
|
|
|
|
|
|
{100} |
в |
|
поликристаллическом |
||||||||||
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
LiF, деформируемом |
при |
ком |
|||||||||||
|
н и е |
|
|
|
|
|
|
|
|
натной температуре. Таким об |
|||||||||||||
|
ж е |
|
|
|
|
|
|
|
|
разом, была доказана |
возмож |
||||||||||||
|
р я |
|
|
|
|
|
|
|
|
ность |
локального |
повышения |
|||||||||||
|
а п |
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжений в отношении 15 |
1, |
||||||||||||
|
е н |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
необходимом для начала |
|
попе |
||||||||||||
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
речного скольжения в LiF, без |
|||||||||||||
|
ю щ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
образования скола или трещин |
||||||||||||||
|
в а |
|
|
|
|
|
|
|
|
по границам |
зерен. |
|
|
|
|
|
|||||||
|
Р а с т я г и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
13. |
Зависимость |
напряжения |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
от деформации |
при |
растяжении |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
поликристаллического |
|
LiF |
|
при |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
комнатной |
температуре |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1. |
W a s h b u r n |
J. |
а. о. Trans. AIME, 1959, |
v. |
215. |
р. |
|
230. |
р. 237. |
|
||||||||||||
|
2. |
W а р h a m A. D. |
а. М a k i n М. J. Phil. Mag., I960, |
v. |
5, |
|
|||||||||||||||||
|
3. |
S t o k e s |
'R'. J'. |
a. |
o. Phil. Mag., 1959, |
v. 4, |
p. |
920. |
|
|
|
v. 5, |
p. 697. |
||||||||||
|
4. |
C l a r k e |
F. J. |
P. |
a. S a m b e 11 ;R. A. |
J. Phil. |
Mag., 1960, |
||||||||||||||||
|
5. |
K eh A. S. a. o. Acta Met., |
1959, v. 7, |
p. 694. |
p. |
393. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
6. |
С 1a г к e |
F. J. |
P. a. o. Phil. Mag., 1962, v. 7, |
|
Crystals, |
|
Wiley, |
|||||||||||||||
|
7. |
W a s h b u r n |
J. |
Electron Microscopy |
and |
Strength |
of |
|
|||||||||||||||
N. |
Y., |
1962, ch. |
6. |
|
|
|
|
|
E. Nature, |
1961, |
v. |
192, |
p. 447. |
|
|
|
|||||||
|
8. |
A г g о n A. S. а. о. О r o w a n |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
9. |
C l a s s W. a. o. Trans. AIME, |
1961, v. 221, |
p. |
769. |
655. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
10. |
|
S t о к e s |
R. J. |
a. o. Trans. AIME, 1960, |
v. |
218. |
p. |
M. |
|
A., |
and |
|||||||||||
|
11. |
|
К I a s s e n-N e k l y u d o v a |
M. V., C h e r n y s h e v a |
|
||||||||||||||||||
T o n i i l o v s k i |
G. |
E. |
|
( К л а с с е н - Н е к л ю д о в а |
|
M. В., |
Ч е р н ы ш е в а |
||||||||||||||||
M. |
А. |
и |
To м и д о в с к и й Г. E.) |
Soviet Phys., |
Cryst. |
(Eng. |
Transl.), |
|
1957, |
||||||||||||||
v. |
2, p. |
128. |
|
|
|
N1. A., a. |
O b r e i m o v |
|
I. |
W. |
|
( Б р и л л и а н т о в |
|||||||||||
|
12. |
В г i 11 i a n t о v |
|
|
|||||||||||||||||||
H. А. и |
О б p e и м о в |
И. В.) |
Physik. Z. Sowjetunion, 1937, |
Bd. 12, S. |
7. |
|
|||||||||||||||||
|
13. |
|
T а у 1о г A. a. |
P г a 11 |
P. L. Phil. Mag., |
1962, v. 3, p. 105. |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
14. |
|
S t o k e s |
1R. |
J. |
a. o. J. Appl. Phys., 1962, |
v. 33, |
p. |
62. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
15. |
R e a r B. H. |
a. o. Phil. Mag., |
1959, v. 4, |
p. 665. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
16. |
W e s t w o o d |
A. R. C. Phil. Mag., 1961, |
v. 6, p. 195. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
17. |
J o h n s t o n |
T. |
L. a. o. Phil. |
M ag., |
1962r v. |
7, |
p. |
23. |
|
|
p. |
61. |
|
|||||||||
|
18. |
C l a r k e |
F. |
J. |
P. a. o. Trans. Brit. Ceram. |
Soc., |
1962, v. 61, |
|
р.632
20.W a s h b u r n J. Symposium «Structure and Properties of Engineering Materials», 'Raleigh, N'orth Carolina, March, 1962.
|
21. |
K o e h l e r |
J. IE. 'Phys. Rev., |
1952, |
v. |
86, p. 52. |
|
|
103. |
|
|||||||
|
22. |
О г о w a n iE. Dislocations in |
Metals, |
А1ГМЕ, N. Y., 1954, p. |
29, |
||||||||||||
p. |
23. |
G i l m a n |
J. |
J. |
a. J o h n s t o n |
W. |
G. J. Appl. |
Phys., |
1958, |
v. |
|||||||
877. |
J o h n s t o n |
W. |
G. |
a. G i l m a n |
J. J. J. Appl. Phys., |
1959, |
v. |
30, |
|||||||||
p. |
24. |
||||||||||||||||
129. |
J о h n s t о n |
T. |
L. a. o. |
Strengthening |
Mechanisms |
in Sotids, |
ASM, |
||||||||||
|
25. |
||||||||||||||||
Cleveland, 1962. |
A. T. Proc. |
Cambridge |
Phi!. Soc., |
1928, |
v. 24, p. |
489. |
|
|
|||||||||
|
26. |
S t a r r |
|
|
|||||||||||||
|
27. |
Z e n e r |
C. Phys. Rev., 1946, v. |
69, |
p. |
128. |
Phil. |
Mag., |
1951, |
v. |
42, |
||||||
|
28. |
E s h e l b y |
J. D. |
a. |
N a b a r r o |
F. |
R. |
N. |
|||||||||
p. |
351. |
S t г о h A. N. Advan. Phys., |
1957, |
v. 6, |
p. |
418. |
|
|
|
|
|||||||
|
29. |
|
Properties |
of |
|||||||||||||
|
30. |
S t o k e s |
R. J., |
a. С. H. L L. Symposium, «Structure and |
|||||||||||||
Engineering Materials», |
Raleigh, North Carolina, March, 1962. |
451. |
|
|
|||||||||||||
|
31. |
C a r n a h a n |
R. |
D. a. o. Trans. AIME, |
1961, v. 221, p. |
|
|
||||||||||
|
32. |
G i 1m a n J. |
J. Acta |
Met., 1959, |
v. 7, |
p. |
608 |
|
|
|
|
АНИЗОТРОПНОЕ РАЗВИТИЕ МИКРОТРЕЩИН ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОМ ТЕЧЕНИИ ПОЛУХРУПКИХ ТЕЛ
ВВЕДЕНИЕ
Роль пластического течения, или, точнее, скользящих дисло каций, в зарождении хрупкого разрушения в полухрупких телах (т. е. в таких материалах, которые могут подвергаться пласти ческой деформации, но крайне чувствительны к концентраторам напряжений) в последнее время рассматривались почти исклю чительно с точки зрения возможности зарождения трещин. Одна ко в литературе есть указания на то, что пластическое течение играет такую же важную роль и на второй стадии разрушения — при росте трещин от зародышей субкритического размера до критических размеров, по Гриффитсу. Эта стадия процесса раз рушения привлекала до сих пор меньшее внимание.
Рост микротрещин происходит анизотропно в направлений, определяемом пластической деформацией. Наши первые пред ставления относительно указанного явления сложились при изу чении механических свойств монокристаллов теллура [1], в ко торых была найдена корреляция между ростом поверхностных дефектов и ориентацией вектора сдвига. В этих отдельных экспе риментах были изготовлены монокристаллы прямоугольного се чения с одной парой поверхностей, параллельных вектору сдви га, так что полосы скольжения не пересекали эти поверхности, а выходили на другую пару поверхностей (например, конфигура ция, показанная на рис. 1). Две пары ортогональных поверхно стей обдували порошком карбида кремния для создания поверх ностных микротрещин; затем образец подвергали растяжению. Было найдено, что микротрещины разрастаются лишь на поверх ности, на которую выходит скольжение. Различие в их внешнем виде после растяжения примерно на 3% можно видеть на рис. 2.
К сожалению, в этом исследовании теллура имелись некото рые неясности вследствие различия кристаллографической ори ентации поверхностей, на которые выходило скольжение плоско
стей (1010), параллельных вектору Бюргерса (0001). Поэтому осталось не вполне ясным, в какой мере анизотропия определяет ся направлением скольжения и различием упаковки атомов на поверхностях, подвергнутых обдувке.
Анизотропный рост поверхностных дефектов был также отме чен Бобриковым [2], работавшим с кристаллами NaCl и КС1. Он нашел, что дефекты, образовавшиеся на гранях кристалла при скалывании, имеют определенное преимущественное направле-
1 R. J. Stokes and С. Н. Li.
ками [3, 4]. Эти авторы исследовали рост мельчайших трещин, возникающих около ребер монокристаллов MgO при сколе. Бы ло отмечено, что такие микротрещины обычно слишком малы, чтобы разрастаться только под действием концентрации упругой энергии, и их рост обязательно связан со скольжением.
Кларк с сотрудниками [4] для изучения развития скольжения непосредственно перед разрушением применили киносъемку б поляризованном свете. Здесь рост микротрещин также имел ани зотропный характер, и предпочтительное направление их разви тия было параллельно линии пересечения двух активных ортого
нальных плоскостей скольжения {ПО}, как это |
показано |
на |
||
рис. 1, а (X). |
Кроме того, как отметили Кларк и |
Самбел [3], |
а |
|
также Орован |
[5], те трещины, |
которые, согласно |
предположе |
|
нию Уошборна |
с сотрудниками |
[6], зарождаются |
в результате |
скольжения, вероятно, также возникают при сколе и затем раз биваются посредством скольжения; на это указывает совпадение наблюдавшихся конфигураций развивающихся трещин с конфи гурациями, которые наблюдали Кларк с сотрудниками [4].
Очевидно, поэтому развитие скола в результате пластическо го течения является весьма важной стадией разрушения полухрупких твердых тел. Цель, данной работы состояла в более точ ном определении роли пластического течения и устранении неяс ностей, присущих предыдущей работе.
По ряду причин эти эксперименты были проведены на ионных кристаллах со структурой каменной соли. Во-первых, прозрач ность этих кристаллов позволяет изучать многие процессы, про исходящие в глубине кристалла; это большое преимущество па сравнению с металлами. Во-вторых, геометрия скольжения кри сталлов со структурой каменной соли, сколотых по плоскостям
куба, оказывается идеальной для поставленной |
цели (см. |
рис. 1, а) К |
кристалло |
Все наружные поверхности имеют одни и те же |
графические индексы, и в заданной плоскости скольжения (101)
направление скольжения [101] параллельно паре плоскостей |
(по |
|
верхностей) |
(010) (Б) и пересекает плоскость (100) (А) |
под |
углом 45° |
Можно указать еще одно преимущество кристаллов |
со структурой каменной соли: хотя в четырех системах скольже ния < 1 1 0 > {НО} в случае простого растяжения действуют оди наковые напряжения, скольжение при низких температурах про исходит преимущественно лишь по одной системе. Правда* иногда могут одновременно действовать две системы плоскостей скольжения, имеющие общие оси (например, [010] на рис. 1), однако обычно преобладает идеальный случай со скольжением по одной системе, как это показано на рис. 1, а. Каменная соль
1 Все кристаллографические направления, использованные в рисунках и тексте настоящей статьи, относятся к рис. 1 . Буквы Л, Б у В помогают разли чать поверхности, имеющие одинаковые кристаллографические индексы.