8.1.2. Механизм Коттрелла

Этот механизм подобен механизму Стро-Мотта, так как он основан на принципе накопления дислокаций у препятствия. Препятствием движению дислокаций являются дислокации, движущиеся по пересекающимся плоскостям скольжения. Схематически этот механизм представлен на рис.45.

Дислокации двигаясь по пересекающимся плоскостям скольжения образуют дислокацию слияния – сидячую дислокацию, являющуюся препятствием для дальнейшего движения последующих дислокаций. Дислокации слияния играют роль барьера для дислокаций, но менее прочных, чем границы зерен или включения в плоскости скольжения. Скопление дислокаций приводит к возникновению компоненты растягивающих напряжений, под действием которой зарождается трещина. Такой механизм образования трещины применим для металлов с объемноцентрированной решеткой, в которых благоприятна реакция слияния дислокаций:

8.1.3. Механизм зарождения трещины при пересечении двойников

Известно, что деформация двойникованием протекает с большой скоростью. Высокая скорость распространения двойников затормаживает процесс релаксации напряжений, возникающих в месте пересечения двойников с препятствиями. Препятствием движению двойника может быть ранее образовавшийся двойник. В результате пересечения двойников зарождается трещина в пересекаемом двойнике или в матрице за ним, рис.46.

Для расчета толщины заторможенного двойника, необходимой для образования трещины, можно воспользоваться уравнением Гриффитса:

, где:

σ – напряжение

n·b – максимальное раскрытие трещины

- поверхностная энергия трещины.

Для случая встречи двойника с прочным барьером:

, где:

Н – толщина двойника

θ – угол сдвига при двойниковании

Тогда: .

Рис. 44. схема расположения напряжений в поле дислокаций. - нормальные напряжения, - касательные напряжения

Рис. 45. Схема зарождения трещины

Рис. 46. Схема зарождения трещины при пересечении двойников

8.1.4. Механизм зарождения трещины у дислокационной границы наклона

Образование трещины по такому механизму можно представить в виде схемы, рис.47.

Согласно этой схемы плоскость скольжения а – а пересекает границу наклона, раздвигая ее края. В результате действия внешних напряжений изменяется направление скольжения и возрастает компонента растягивающих напряжений σ, которая смещает края границы наклона, образуя трещину в плоскости скольжения. Величину растягивающих напряжений можно рассчитывать из соотношения:

Согласно рисунку

Тогда: .

Чем больше угол разориентировки на границе, тем больше величина растягивающих напряжений.

Такой механизм зарождения трещины экспериментально подтвержден для металлов с гексагональной решеткой при низких температурах.

8.2. Хрупкое разрушение

Этот тип разрушения имеют твердые тела. Как правило, хрупкое разрушение является внутрикристаллическим и распространяется вдоль простой кристаллографической плоскости. При низких температурах разрушение возможно и по границам зерен. В этом случае разрушение возможно при повышенной концентрации примесных атомов в приграничных объемах, часто приводящей к образованию новых фаз. Выделяющиеся по границам частицы нарушают сплошность границ и вызывает хрупкое разрушение. В качестве примера можно привести хромоникелевые стали, в структуре которых по границам зерен располагаются карбиды, и другие стали в состоянии отпусконой хрупкости.

Процесс разрушения протекает в две стадии: