книги / Разрушение твердых тел
..pdfразрушения. Форсайт и Ридер [12] испытали на усталость спла вы алюминия и нашли два типа бороздок, которые они связали с вязким и хрупким развитием трещины, соответственно. Полу ченный результат показывает хорошую корреляцию между тен денцией к образованию бороздок хрупкого типа и вязкостью
внаправлении растяжения.
Сдругой стороны, Лэрд и Смит [5] в опытах по изучению усталости алюминия и никеля обнаружили лишь вязкое разру шение. Они применяли напряжения, вызывающие разрушение менее, чем за 105 циклов, но сделали вывод, что тип разрушения при низких напряжениях должен быть таким же. Для изучения формы фронта трещины и механизма ее продвижения опыт при
останавливали в различных точках цикла. На сжимающей части цикла продвигающаяся трещина закрывается и ее вершина за остряется. На первой части растягивающей половины цикла тре щина раскрывается и в результате интенсивной пластической деформации образуются два ответвления трещины, направлен ные под углом к ее плоскости. На остаточной части цикла рас тяжения вершина трещины и ее ответвления скругляются. Эта стадия роста трещины показана на рис. 9.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1. S t r o h |
A. 'N. Ргос. !Roy. Soc., |
1954, |
v. А223, р. |
404. |
|
|
|
|
||||||||||||||||
2. C o t t r e l l |
А. Н. Trans. AIME, |
1958, v. 212, p. 192. |
1089. |
|
|
|||||||||||||||||||
3. P e t c h |
N. J. Trans. AIM'E. Phil. Mag., |
1958, |
v. 3, |
p. |
|
|
||||||||||||||||||
4. C h u r c h m a n |
A. T. a. o. Phil. Mag., 1957, |
v. |
|
2, |
p. 1271. |
|
|
|
||||||||||||||||
5. L a i r d |
C. a. S m i t h |
G. C. Phil. Mag., |
1962v |
v. |
7, |
p. |
866. |
|
|
|||||||||||||||
6. H a u s e г |
F. E. a. o. Trans. ASM, Quart., |
|
1958, |
v. |
50, p. |
856. |
|
|||||||||||||||||
7. G i l m a n |
J. J. |
Fracture, |
Wiley, |
'N. Y., |
1959, |
pp. |
193—221. |
[Дж. Дж. |
||||||||||||||||
Г и л м e н. В сб. «Атомный |
механизм |
разрушения». |
|
Металлургиздат, |
1963, |
|||||||||||||||||||
с. 220]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. F г i е d е 1 J., |
Fracture, Wiley, |
N'. Y., |
pp. |
498—522. |
[Ж. Ф р и д е л ь . |
|||||||||||||||||||
В сб. «Атомный механизм разрушения». Металлургиздат, 1963, с. 504]. |
|
|||||||||||||||||||||||
9. Z e n e r |
С. Fracturing |
of |
Meta’s |
|
ASM, Cleveland. Ohio, 1948, pp. 3—31. |
|||||||||||||||||||
10. |
S t r o h |
|
A. N. Fracture, |
Wiley, |
N. Y., 1959, |
pp. |
|
117— 122. |
[А. H. С т р о . |
|||||||||||||||
В сб. «Атомный механизм разрушения». Металлургиздат, 1963, с. 138]. |
|
|||||||||||||||||||||||
И. C a h n |
R. W. J. |
Inst. Metals, |
1955, |
v. 83, |
p. |
493. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
12. |
F o r s y t h |
P. |
J. |
E. a. |
R y d e r |
|
D. A. Metallurgia, 1961, v. 63, p. 117. |
|||||||||||||||||
13. |
A r g o n |
A. |
S. |
a. O r o w a n |
E. |
|
Nature, 1961, v. 192, p. 447. |
69. |
|
|||||||||||||||
14. |
O r o w a n |
E. |
Dislocations in |
Metals, AIME, |
N. Y., |
1954, p. |
|
|||||||||||||||||
15. |
F r i e d |
el |
J. |
Les Dislocations. |
|
Gauthier-Villars, |
Paris, |
1956. |
|
|||||||||||||||
16. |
S t r o h |
A. |
'N. Phil. Mag., 1958, |
v. 3, p. 597. |
621. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
17. |
G i l m a n |
J. |
Trans. |
AIME. 1954, v. 200, |
|
p. |
v. 86, |
p. 433. |
|
|||||||||||||||
18. |
В e 11 |
R. L. |
a. C a h n R. W. J. |
Inst. Metals, 1958, |
101. |
|||||||||||||||||||
19. |
G r e e n |
A. |
P. |
a. |
S1a w h i 11 J1. J. |
Nuclear |
Mater., 1961, |
v. 3, p. |
||||||||||||||||
20. |
' H o n d a |
R. |
J. Phys. |
Soc. Japan, 1961, v. |
16, |
p. |
1309. |
|
1946, |
v. 4, |
||||||||||||||
21. |
S n e d d o n |
L |
W., a. |
E l l i o t t |
|
H. |
A. |
Quart. |
Appl. |
Math., |
||||||||||||||
p. 262. |
P e t c h |
N. J. Phil. Mag., 1956, |
v. |
1, |
p. |
331. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
22. |
504. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
23. |
G a r o f a l o |
F. a. o. Acta Met., |
1960, |
v. |
8, p. |
p. 587. |
|
|
||||||||||||||||
24. |
В i 1b у |
В. A. a. H e w i 11 J. Acta |
Met., |
1962, |
v. |
10, |
|
|
25. |
O r o w a п E. |
Proc. Intern. Conf. Phys., Phys. Soc. L., 1934, v. 2, p. 81. |
||
26. |
M o t t N. F. |
Trans. AIME, 1960, v. 218, |
p. 962. |
|
27. |
T i p p e г C. |
F. Metallurgia, 1949, v. 39, |
p. |
133. |
28. |
C r u s s a r d |
C. a. o. Fracture, Wiley, |
N. |
Y., 1959, pp. 524—558. |
[Ш. Крюссар и др. В сб. «Атомный механизм разрушения». Металлургиздат,
1963. с. |
535]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29. |
' Putti i Ck |
К- 'Е. Phil. Mag., |
1959, |
v. 4, |
р. |
964. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
30. |
C o t t r e l l |
|
A. Fracture, |
Wiley, |
N. Y., |
1959, |
pp. 20—42. [A. X. К о т т |
||||||||||||||||||||
р е л л . |
В сб. «Атомный |
механизм разрушения». Металлургиздат, 1963, с. 30]. |
|||||||||||||||||||||||||
31. |
R o g e r s Н. С. |
Trans. AIME, 1960, v. 218, р. 498. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
32. |
В ее v e r s |
|
С. J. |
a. H o n e y c o m b e |
|
R. Acta |
Met., |
1962, |
v. |
10, |
p. |
17. |
|||||||||||||||
33. |
M o t t |
N. F. Proc. Roy. Soc., |
1953, |
v. A220, |
p. |
1. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
34. |
P e t c h |
'N. J. |
Phil. Mag., 1956, |
v. |
1, |
p. 186. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
35. |
M c ' L e a n |
D. |
J. |
Inst. Metals, |
1957, |
v. 85, |
p. 468. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
36. |
W e a v e r |
C. |
W. Acta Met., |
1960, |
v. 8, |
p. |
343. |
|
v. 215, |
p. |
992. |
|
|||||||||||||||
37. |
N e m y |
A. S. |
a. R h i n e s F. N. Trans |
AIME, |
1959, |
|
|||||||||||||||||||||
38. |
C h e n |
C. W. |
a. M a c h |
1in E. S. Trans. AIME, |
1957, v. 209, p. 829. |
||||||||||||||||||||||
39. |
H u l l |
D. a . i R i m m e r D. 4. |
Phil. Mag., |
1959, |
v. 4, |
p. |
673. |
p. |
449. |
|
|||||||||||||||||
40. |
В a 1u f f i IR. W. |
a. |
S e i g 1e |
L. |
L. Acta |
Met., 1957, |
v. 5, |
|
|||||||||||||||||||
41. |
G r e e n w o o d |
J. |
N. J. |
Iron |
(Steel Inst., |
|
1952, |
v. 171, |
p. |
380. |
|
|
|||||||||||||||
42. |
M a c h i in |
|
E. S. Trans. |
AIME, |
1956, |
v. |
206, |
p. |
106. |
|
|
|
|
Alloys. |
|||||||||||||
43. |
M c L e a n |
D. Vacancies |
and |
Other Point |
Defects in Metals and |
||||||||||||||||||||||
Inst. Metals, 'London, 1957, p. |
187. |
|
|
|
N. Y., |
1959, |
|
p. 66. |
[ Д ж и ф к и н с |
||||||||||||||||||
44. |
G i f k i n s |
R. D. |
Fracture, Wiley, |
|
|||||||||||||||||||||||
P. К- В сб. «Атомный механизм разрушения». Металлургиздат, 1963, с. 593]. |
|||||||||||||||||||||||||||
45. |
B o e t t n e r |
R. |
С., |
R o b e r t s o n |
W. D. Trans. |
AIME, |
1961, |
v. A221, |
|||||||||||||||||||
p. 613. |
: R h i n e s F. N1, |
a. W r a y P. J. Trans. ASM. Quart., |
1961, v. 54, p. 117. |
||||||||||||||||||||||||
46. |
|||||||||||||||||||||||||||
47. C h e n |
C. W. a. |
M a chi |
in E. S. Trans. AIME, |
1960, v. 218, p. 177. |
|||||||||||||||||||||||
48. |
M u 11 en d о re |
A. W. a. G r a n t |
N. J. Structural |
Processes |
in |
Creep, |
|||||||||||||||||||||
Iron and Steel Inst., 1961, p. 44. |
|
|
|
|
|
|
v. 86, |
p. |
425. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
49. |
H u l l |
D. J. |
Inst. Metals, 1957—1958, |
[В. А. Вуд. |
В |
сб. |
|||||||||||||||||||||
50. |
W o o d |
W. A. Fracture. Wiley, |
N. Y., |
1959, |
p. |
412. |
|||||||||||||||||||||
«Атомный механизм разрушения». Металлургиздат, 1963, с. 438]. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
51. |
A v e r y D. Н. а. о. Acta Met., |
1961, |
v. 9, |
р. |
892. |
354. |
[Томпсон |
H. |
|||||||||||||||||||
52. |
T h o m p s o n |
N. Fracture. W'iley, |
IN’. Y., |
|
1959, |
p. |
|||||||||||||||||||||
В сб. «Атомный механизм разрушения», Металлургиздат, 1963, с. 354]. |
|
||||||||||||||||||||||||||
53. |
Е b n е г М. L. а. В а с к о f е n W. A. Trans. AIME, |
1959, v. 215, р. 510. |
|||||||||||||||||||||||||
54. |
C o t t r e l l |
|
А. 'Н. а. Н u 11 D. Proc. 'Roy. Soc., |
1957, |
v. А‘242, |
р. |
211. |
||||||||||||||||||||
55. |
M o t t |
N. F. Acta |
Met., |
1958, |
v. 6, |
p. |
195. |
|
p. |
1493. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
56. |
H i r s c h P. B. |
a. o. Phil. Mag., |
1961, v. 6, |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
57. |
J o h n s t o n |
|
W. |
G. |
a. G i l m a n |
J. J. Appl. Phys., |
1960, v. 31, p. 632. |
||||||||||||||||||||
58. |
W i l s d o r f |
|
H. |
G. |
F. a. К h и l m a n-W i 1d s о г f |
D. |
Phys. |
Rev. |
Let |
||||||||||||||||||
ters. 1959, v. 3, p. |
|
170. |
|
|
|
|
|
|
|
|
1959, |
v. 4, |
p. 985. |
|
|
|
|
|
|||||||||
59. |
D a v i d g e |
|
R. W. a. o. Phil. Mag., |
|
of |
Crystals. |
|||||||||||||||||||||
60. |
C o t t r e l l |
|
A. H. Dislocations |
and |
Mechanical |
Properties |
|||||||||||||||||||||
Oxford |
Univ. Press, |
1957, |
p. 509. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ДВОЙНИКОВАНИЕ И ЗАРОЖДЕНИЕ ТРЕЩИН В МЕТАЛЛАХ С ОБЪЕМНОЦЕНТРИРОВАННОЙ КУБИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ
ВВЕДЕНИЕ
В последние несколько лет развитие теорий хрупкого разрурушения шло по пути создания и анализа моделей зарождения трещин. На основе теорий, развитых Коттреллом [1] и Петчем[2], можно с достаточно высокой достоверностью предсказать взаи мосвязь вязких и хрупких свойств металлов с решеткой о. ц. к. В последнем обзоре Оуэн и Халл [3] обобщили современные представления теории хрупкого разрушения, потому в настоя щей работе они не рассматриваются.
Существует множество доказательств того, что зарождение трещин скола в металлах с решеткой о. ц. к. может быть тесно связано с деформационным (механическим) двойникованием [4— 13]. Наряду с полученными ранее доказательствами и дан ными, которые будут рассмотрены в этой статье, имеются два важных наблюдения, подчеркивающих необходимость оценки роли двойникования при любом случае хрупкого разрушения. Во-первых, двойникование почти всегда связано с хрупким раз рушением. Можно доказать, что это просто результат концентра ции напряжений около продвигающейся трещины, как это де тально описано и проанализировано для цинка [14, 15]. В том, что этот эффект имеет место, сомнений нет, однако он является лишь второстепенным. Во-вторых, пластическая деформация скольже нием не вызывает разрушения даже при тех же напряжениях, при которых двойникование приводит к разрушению.
Двойникование наблюдается во всех металлах с решеткой о. ц. к. групп VA и VIA; соответствующие наблюдения описаны в литературе [3, 16]. По-видимому, нет оснований полагать, что поведение этих металлов при двойниковании различается, так как кристаллография, способ образования двойников, их морфо логия и т. д., согласно опубликованным данным, одинаковы. Однако имеющиеся сведения о факторах, влияющих на характе ристики двойникования, весьма незначительны. Особенно важно, что существуют противоречивые данные о влиянии на двойнико вание состава и содержания примесей.
Следует также отметить, что при определенных, видимо весь ма необычных, обстоятельствах трещины зарождаются и при отсутствии двойникования. Так, в двухфазных системах, таких
1 D. Hull.
как малоуглеродистая сталь, трещины могут зарождаться в ко лониях перлита или в пластинках цементита. Смоллмен с со трудниками наблюдал мелкие трещинки на поверхности ниобия, который был охрупчен умеренным нагревом на воздухе. Поверх ностные трещины могут непосредственно приводить к хрупкости материала. Тетелмен и Робертсон наблюдали трещины по плос кости скола {001} в кремнистом железе при отсутствии внешне го приложенного напряжения. Эти трещины образовались в ре зультате диффузии и выделения водорода в некоторых, не вполне определенных, местах решетки, что приводило к развитию зна чительного внутреннего давления.
В данной работе будет рассмотрен случай разрушения гомо генных однофазных металлов, для которых поверхностные усло вия не играют заметной роли, и у которых трещины вызываются пластической деформацией. Оуэн и Халл [3] считают наиболее важными два механизма разрушения: 1) взаимное пересечение двойников; 2) взаимодействие скольжения или двойникования с границами зерен. В монокристаллах эффективен лишь первый механизм, хотя и возможно, что границы субзерен в монокри сталле оказывают такое же влияние, как и границы зерен в по ликристаллах.
Приводится обзор и краткий анализ моделей зарождения трещин. Двойники рассматриваются как потенциальные источ ники трещин. Скольжение — конкурирующий (с двойникованием) процесс пластической деформации, поэтому будет рассмот рена взаимосвязь между скольжением и двойникованием в мак ромасштабе и на уровне атомного строения. Основой для того, чтобы считать 'важной роль двойникования, являются экспери ментальные результаты по изучению пересечения двойников в
кремнистом железе и в |
сплавах |
Мо — Re; роль межзеренного |
разрушения может быть |
понята |
в свете некоторых результатов, |
полученных для моно- и поликристаллических образцов молиб дена.
МЕХАНИЗМЫ ЗАРОЖДЕНИЯ ТРЕЩИН
Следует особо подчеркнуть, что приводимые ниже аргумен ты справедливы лишь для объемноцентрированных кубических металлов и не приложимы в общем случае к неметаллическим материалам, рассматриваемым в других статьях сборника. В частности, предположение о наличии микротрещин в металлах до деформации крайне неправдоподобно; зарождение трещин является непосредственным результатом пластической деформа ции. Предложенные модели показаны на рис. 1, где использован тот же графический метод, что и у Коттрелла [19]. Первая мо дель (рис. 1 , а), предложенная Зинером [20], исходит из образо вания плоских скоплений скользящих дислокаций перед препят ствиями типа границ зерен, в результате чего возникает концен-
223
трация напряжений, достаточная для возникновения трещины. Эта модель имеет ряд ограничений, таких как отсутствие дока зательств плоских скоплений дислокаций и неприменимость ее для монокристаллов. Пытаясь преодолеть второе затруднение, Биггс и Пратт [8] предположили, что скользящие дислокации в монокристаллах могут образовывать плоские скопления перед двойниковыми границами. Однако Слизвик и Фербраак [21] по
Рис. 1. Различные механизмы зарождения трещин в монокристаллах с решеткой о. ц. к.:
а — по |
Зи н еру; б — по |
К оттрел л у ; в\ — в3 — пересечение |
двойников, встр еч аю тся |
верш ины двой ни ков; г — п ер есе |
|
чение |
р асту щ и м двойником р ан ее су щ е ст во в ав ш е го |
|
|
|
двой ни ка |
казали, что двойники не могут быть эффективными барьерами для скользящих дислокаций и поэтому данный механизм можно не принимать в расчет. Чтобы устранить второе ограничение для модели плоских скоплений дислокаций, Коттрелл [1] предпо ложил, что трещина возникает на пересечении двух полос сколь жения (рис. 1, в) в результате слияния скользящих дислокаций, приводящего к возникновению дислокации а [001]:
(а/2) [111]+ (а/2) fill ] -* а [001 ]. |
(1) |
В дальнейшем скользящие дислокации вливаются в дисло кацию а [001] и создают трещину в плоскости скола. Стро [22] путем расчетов показал, что первая образовавшаяся дислокация а [001] имеет тенденцию к расщеплению под действием напряже-» ний, вызываемых последующими дислокациями (а/2) [111] и
(а/2) [111], и поэтому не может служить эффективным барьером. Хонда [23] наблюдал действие механизма Коттрелла в монокри сталлах кремнистого железа. Попытка установить действие ме-
224
ханизма, предложенного Коттреллом, была сделана Халлом [5], который испытал монокристаллы кремнистого железа на растя жение в направлении <001 > и нашел признаки зарождения тре щин на пересечении двойников. Аналогичные наблюдения на молибдене осуществил ранее Кан {4]. Халл [6] считает, что тре
щины образуются |
по механизму, представленному на рис. 1, |
|
в\ и в2> причем граница образована рядом |
дислокаций (а/3) |
|
< Н 0 > , лежащих |
в плоскости нормальной |
к оси растяжения. |
Эта плоскость, очевидно, была бы плоскостью разрушения, но Слизвик привел ряд возражений против этой модели, исходя из
того, что вектор |
Бюргерса дислокаций (а/3) < 1 1 0 > лежит ско |
рее в плоскости |
пересечения, чем на нормали к ней. Слизвик |
предположил, что трещина на пересечении двойников образуется в результате реакции между дислокациями опережения, (emissa ry dislocations), образующимися у вершины двойника (рис. 1, в3). Взаимодействие между дислокациями опережения приводит к образованию плоскости с дислокациями а < 0 0 1 > , параллельной оси растяжения. Обе эти модели согласуются с эк спериментально наблюдаемым зарождением трещин на пересе чениях двойников, однако очень мало вероятно, что два двойни ка, возникших в различных частях кристалла, могут встретиться подобным образом. Можно, конечно, предположить, что расту щий двойник пересекается вторым двойником и что оба они продолжают рост, образуя трещину, но наиболее важным меха низмом следует считать более общий случай [7] (рис. 1, г), когда трещина возникает при пересечении растущего двойника с ра
нее существовавшим.
Эффективность этого механизма зависит от устойчивости барьеров, созданных двойниками, и от того, насколько легко может протекать в местах пересечения двойников пластическая деформация, снижающая концентрацию напряжений.
ПРИЗНАКИ ДВОЙНИКОВ, СВЯЗАННЫХ С ХАРАКТЕРОМ ТРЕЩИН
1. Двойникование в металлах с решеткой о. ц. к. происходит по плоскости {112} в направлении < 1 1 1 > . Двойниковый сдвиг равен 1/ у 2 ,что соответствует смещению (а/6) < 1 1 1> по любой из плоскостей {112}. Без использования специальной модели за рождения и роста двойника его рост может быть описан простым перемещением серии частичных дислокацийДа/6) < 1 1 1> в пло скостях {112}, что подтверждается непосредственными наблю дениями, проведенными на тонких пленках методом электрон ной микроскопии [24]. Тогда, как это предположил Орован |2oJ, любую поверхность раздела двойников, не параллельную пло скости двойникования, можно рассматривать как ряд частичных дислокаций (а/6) < 1 1 1 > . Важной особенностью кристаллогра-
22э
фической картины здесь является большая величина деформа ции,^создаваемой двойниками (рис. 2). Здесь А Б ВГ — плоскость
а (ПО) решетки о. ц. к. Плоскость двойникования (112) нор
мальна к АБВГ и ее след [111] параллелен АБ. Атомы, лежащие в плоскости рисунка, показаны белыми кружками, а атомы бли
жайших плоскостей (НО), расположенных непосредственно выше и ниже, обозначены черными кружками. Если Д Е — надрез в кристалле, и двойникующая дислокация на поверхности разде ла ЖА проходит через кристалл к Д Е, то решетка окажется гомогенно сдвинутой и при этом возникает большая «трещина». В действительности таких надрезов не существует и деформация, связанная с двойниками, при их остановке приспосабливается к окружающей решетке.
Рис. 2. Образование сдвига в результате двойникования в решетке о. ц. к. Плоскость двойникования нормальна плоскости рисунка, а след плоскости двойникования параллелен АБ 432
2.Имеющиеся доказательства указывают на то, что скорость роста двойников предельно велика. Одной из причин этого яв ляется большое различие в напряжениях, необходимых для за рождения и для роста двойников. Таким образом, если двойник образуется и встречает препятствие, очень быстро развивается большая пластическая деформация, оставляя минимум времени для релаксации напряжений.
3.Обычно двойники прямолинейны, а их границы параллель
ны. Края двойников, выходящие на свободную поверхность, час то оказываются зазубренными; это описано в литературе [6]. Следует подчеркнуть, что это поверхностный эффект. Зазубри ны в основном наблюдаются на одной стороне двойника, которая определяется углом его встречи с поверхностью. Двойники при встрече с границей зерна, или иным препятствием, обычно при обретают клиновидную форму.
4. Выше было упомянуто, что уже существующие двойники не могут служить прочными барьерами для скользящих дисло каций. Однако они могут оказаться чрезвычайно устойчивыми барьерами для двойников деформации. Этот вопрос был впервые изучен Мюгге [26], а затем Смитом с сотрудниками [27]. Можно
226
Т а б л и ц а 1
Системы двойникования у металлов с решеткой о. ц. к.
П л о с к о с т ь |
Н ап равл ен и е |
И ндекс |
П л о ск о сть |
Н аправление |
И ндекс |
|
дво й н и к о ва |
||||||
двойника |
Ш мида—Б оаса |
двой н и ко |
двойника |
Ш мида— Б оаса |
||
ния |
вания |
|||||
|
|
|
|
112 |
Тп |
9 |
1 1 2 |
ИГ |
4 |
|
121 |
in |
1 |
121 |
111 |
8 |
|
2 П |
in |
6 |
||||
211 |
111 |
11 |
||||
|
||||||
1 1 2 |
ill |
10 |
112 |
111 |
3 |
|
121 |
in |
2 |
121 |
Ти |
7 |
|
211 |
in |
5 |
211 |
I'll |
12 |
условно выделить два типа пересечения двойников: а) пересече
ние двойников, имеющих |
общее |
направление |
< 1 1 1> |
сдвига; |
|||||||
б) пересечение двойников, имеющих раз |
|
|
|
|
|
||||||
личные направления сдвига < 1 1 1> . |
|
|
|
|
|
||||||
В табл. 1 перечислены двенадцать си |
|
|
|
|
|
||||||
стем двойникования {112} |
< 1 1 1> |
и ука |
|
|
|
|
|
||||
заны индексы двойников по Шмиду и Бо |
|
|
|
|
|
||||||
асу [28]. Двойники разделены на четыре |
|
|
|
|
|
||||||
группы, каждая из которых имеет общую |
|
|
|
|
|
||||||
зону < 1 1 1> . Смит с сотрудниками пока |
|
|
|
|
|
||||||
зали экспериментально, что при опреде |
|
|
|
|
|
||||||
ленных условиях двойники, имеющие об |
|
|
|
|
|
||||||
щую |
зону, могут |
пересекать друг |
друга |
Рис. |
3. Схема |
пересече |
|||||
без |
образования |
искажений и, |
следова |
||||||||
ния |
двойников с |
об |
|||||||||
тельно, без возникновения какой-либо ло |
щим |
направлением |
зоны |
||||||||
кальной концентрации напряжений, как |
< 1 1 1 > . |
Зона |
< 1 11 > |
||||||||
это показано на рис. 3. Для всех других |
нормальна |
к |
плоскости |
||||||||
случаев пересечения двойников |
прохож |
|
рисунка |
[27] |
|
||||||
дение одних двойников сквозь другие невозможно |
и, следова |
||||||||||
тельно, двойники являются мощными барьерами. |
|
|
|
ДВОЙНИКОВАНИЕ И СКОЛЬЖЕНИЕ
В зарождении разрушения путем двойникования имеются два особо важных вопроса, касающихся связи двойникования со скольжением: во-первых, в макроскопическом масштабе,—пред шествует ли скольжение двойникованию и каково возможное влияние скольжения; во-вторых, в атомном масштабе,— каковы механизмы скольжения у вершины двойника деформации, а так же релаксации высоких локальных напряжений.
15*
Сейчас уже есть большое количество экспериментальных дан ных по явлениям макроскопического масштаба, указывающих на отсутствие взаимосвязи между скольжением и двойникованием у сплавов железа, а также у других металлов с решеткой о. ц. к. На рис. 4 схематично показана зависимость предела теку чести и напряжения двойникования от размера зерна [7, 29]1, температуры [7, 10] и ориентации2 для сплавов железа. Очевид но различие в характере изменения предела текучести и напря жения двойникования3. На графике ориентационной зависимости предела текучести и напряжения двойникования монокристаллов (рис. 4, б) видно, что переход от хрупкого разрушения к вязкому при 77° К происходит на пересечении этих двух кривых. Следо-
Рис. 4. Зависимость предела текучести (сплошная линия) и напряжения двойникования (пунктир) от размера зерна (а), температуры (б) и ориен тации (в). Экспериментальные данные не включены
вательно, если скольжение происходит ранее двойникования, то кристаллы являются вязкими, а если раньше происходит двойникование, то кристаллы — хрупкие.
Однако в действительности зарождение разрушения более тесно связано со вторым аспектом, т. е. с локальным течением в области вершины двойника; это имеет некоторые подтвержде ния. Халл [6] объясняет возникновение поверхностных надрезов на одной стороне двойников на свободной поверхности локаль ным скольжением, происходящим вместо двойникования. Форма двойника, наблюдаемого на полированной поверхности кристал ла, тесно связана с линиями скольжения, возникающими вокруг него [30]. На рис. 5 показан двойник в кремнистом железе и свя занные с ним линии скольжения; все изменения в форме двойни ков связаны со скольжением. Имеются веские доводы, позволяю щие предположить, что скользящие дислокации возникают по по
верхностям раздела двойников |
в результате дислокационной |
||||
реакции, приводящей к |
образованию двойниковых |
частичных |
|||
1 По данным |
Г. Хана. |
|
|
|
|
2 |
По данным |
Д. Халла. |
нельзя |
считать окончательным |
доказательст |
3 |
Подобное сопоставление |
вом, так как пластическая деформация происходит и много ниже предела те кучести, а температурная зависимость предела упругости почти не изучена.
Прим. ред.