книги / Разрушение твердых тел

структура не является столь четкой. Это можно объяснить тем, что первичная трещина скола не может генерировать большое число дислокаций механизмом Франка — Рида, если скорость ее распространения имеет порядок скорости звука [6, М, 16]. Одна­ ко весьма трудно экспериментально отличить первоначальное повреждение, вызванное первичной трещиной скола, от дополни­ тельного, или перестроек, которые могут быть вызваны впоследст­ вии волнами напряжений. В любом случае это указывает на на­ личие больших локальных напряжений, достаточных для зарож­ дения дислокаций при комнатной температуре тем или иным способом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Можно предположить, что даже тщательно протравленные кристаллы содержат скопления примесей или вакансий, или по­ верхностные повреждения, созданные при работе с образцом и при его обработке в результате действия случайных значитель­ ных концентраций напряжений, связанных с наличием Шерохо­ ватостей. Для того чтобы разрушение могло зародиться при на­ пряжении 3430,0 Мн/м2 (350 кГ/мм2), размер элементарной тре­ щины Гриффитса не должен превышать примерно 50 межатом­ ных расстояний. При разрушении всегда имеется инкубацион­ ный период (время задержки), что указывает на рост или накоп­ ление локальных напряжений, в процессе которого размер эле­ ментарной трещины остается меньше указанной величины. Дли­ тельное время задержки также указывает на роль термических флуктуаций. Однако интерпретация численных значений пока­ зателя в уравнении (2) как энергии элементарной активации не может быть подтверждена из-за отсутствия более разработан­ ной теории. Действие механизма коррозии под напряжением представляется нереальным, так как заметного влияния химиче­ ски активных сред на разрушающее напряжение нет. Правда, можно обнаружить эффект влияния среды на время задержки разрушения. Химически активная среда могла бы оказывать большее влияние в период, предшествующий повреждение по­ верхности, чем при самом испытании, если бы дефекты выходили на поверхность образца. Конфигурации трещин, пред­ ставленные на рис. И и 13, показывают, что медд^нВое развитие трещины при окончании скола определяется ц0лем локальных напряжений, а не кристаллографическими фак-^ора- ми. Характерная волнистость зародыша разрушения (область /) связана с приспособлением более медленно развивающейся трещины к связанному с ней полю локальных напряжений (При этом необходимо принимать во внимание приложенные Напря­ жения), с особенностями начальной трещины, с ее выходо^ На свободную поверхность и любыми релаксационными процесеа1дИ>

144

которые могут быть вызваны высокими локальными напряже­ ниями. Заманчиво найти связь внутренней области Г с исход­ ной пустотой до начала развития трещины. Разрушение притер­ тых образцов, по-видимому, связано с повреждениями, созда­ ваемыми при изготовлении образцов, которые, возможно, аналогичны повреждениям, наблюдающимся на поверхности раз­ рушенных образцов. Дислокационная трещина с различными примесями вдоль нее может оказывать сопротивление продви­ жению, достаточное для объяснения расхождений между на­ блюдаемой глубиной повреждений и критической длиной сво­ бодной трещины Гриффитса.

10 Зак. 351

ния трещин также рассматривается как следствие исчерпания пластичности и (или) возрастания напряжения в некоторых ло­ кальных областях до критических значений [14, 21—24]. Суще­ ственно отличным является представление о разрастании тре­ щин, имеющихся в металле до нагружения [25—27].

С более общей точки зрения все перечисленные представле­ ния об усталости мало связаны с обычными характеристиками металла. Все они исходят из того, что пластическая деформа­ ция является важнейшей предпосылкой усталостного разруше­ ния. В то же время в них почти не разделяются процессы за­ рождения и роста трещин. В некоторых теориях проблема обра­ зования больших трещин просто отождествляется с другими проблемами вязкого или хрупкого разрушения. Наконец, совер­

ЗАРОЖДЕНИЕ ТРЕЩИН

Общие положения

Усталостное «повреждение» возникает на ранней стадии про­

ровать, представляется, что понять его механизм сравнительно легко.

Роль поверхности. Имеются вполне определенные доказа­ тельства того, что обязательным условием зарождения уста­ лостных трещин является наличие свободной или мало стес­ ненной поверхности. Этого можно ожидать, изучая изменения топографии поверхности в процессе циклического деформирова­ ния. «Естественный» клиновой профиль, подобный показанному на рис. 1, возникает в результате пересечения одной серии пло­ скостей другими, идущими к ним под углом. В результате не вполне обратимого скольжения на поверхности, неправильный профиль которой состоит из бороздок и выступов, возникают впадины, которые могут служить зародышами усталостных тре­ щин. С этим связаны наблюдения «неудаляемых полос сколь­ жения», названных так Томпсоном с сотрудниками [28] и сохра-' няющихся на поверхности образца при электролитическом травлении на глубину нескольких микрон; при циклическом на­

ровностей поверхности включает в себя как предельный случай

нию трещин при знакопеременном изгибе и имеют повышенную долговечность, если направление первичного скольжения ори­ ентировано вдоль направления действия максимальных напря­ жений в волокнах на поверхности, в результате чего не может возникнуть искаженная топография поверхности, ведущая к за­ рождению трещин. Изменения топографии поверхности вызы­ ваются системой скольжения, по которой действуют меньшие напряжения, но этот процесс протекает более медленно. Совсем недавно этот эксперимент был проведен на монокристалле сплава меди с 6% алюминия, инкубационный период до зарож­ дения трещин (амплитуда деформации 0,2%. частота— 10 цик­ лов в секунду) составил 105 циклов, если направление первич­ ного скольжения лежит в плоскости изгиба и пересекает поверх­ ность, но превышает 1,6-10е циклов. Когда это направление на­ ходится в поверхности образца, неизвестно, насколько больше циклов сверх 1,6-106 может выдержать образец до зарождения трещин в результате скольжения по другим системам, ибо пос­ ле указанного числа циклов испытания были прерваны и из образца были сделаны шлифы для металлографических иссле­ дований.

Совершенно иное подтверждение того, что зарождение тре­ щин имеет своим источником поверхность, было найдено Томп­

в этих условиях достигалась неограниченная долговечность об­ разцов.

В подтверждение изложенной точки зрения можно было бы привести еще много других данных, однако общий вывод оста­ ется практически неизменным; зарождение трещин связано с из­ менениями топографии поверхности, приводящими к образова­ нию углублений, из которых уже затем и разрастаются тре­

щины.

Можно предположить существование большого числа путей образования начальных трещин на первоначально гладкой по­ верхности, но весьма полезно делать различие между двумя принципиально различными микроструктурными механизмами.

Случайно распределенное зарождение трещин. Такая воз­ можность обсуждалась некоторое время тому назад ВуД°м [14] и получила формальное развитие в работах Мэй [34, 35]. Эта воз­ можность основана на возникновении неровностей поверхности в результате того, что каждый ее участок ориентирован стати­ стически по отношению к вектору скольжения; существенным условием является наличие не вполне обратимого знакоперемен­ ного скольжения по смежным плоскостям. После образования канавок (впадин) начинается концентрация сколь>кениЯ и про­ цесс становится направленным. На рис. 1 представлена схема

150