книги из ГПНТБ / Папиров И.И. Пластическая деформация бериллия

Действительно, базисная спайность хорошо развита у Zn и Be, имеющих а < 1 , и отсутствует у M g , Со и Re. Практически у вяз­ ких материалов - уі~10 5 YO, И поэтому трещины распространя­ ются в них с трудом. Наоборот, у хрупких материалов, не обла­

с Yi п, как правило, не превышает 2YOНаряду с потерями на деформацию при сколе освобождается дополнительная энергия Y2, связанная с внутренними напряжениями.

Если трещина движется вдоль плоскости скольжения дисло­ кационной петли, как это имеет место в случае спайности по плоскости базиса, то петля аннигилирует, сообщив свою энергию трещине. Принимая энергию 1 см дислокационной линии равной ~10" 4 . эрг, находим, что энергия, сообщаемая полем дислокаций

в зависимости от температуры деформации и некоторых других условий. Это проливает свет на причины разрушения бериллия по плоскости базиса. При низких температурах; когда другие виды скольжения затруднены, упругая энергия в голове скопле­ ния дислокаций не может рассеиваться за счет пластического течения. В этом случае пластическую релаксацию обеспечивают

противоположно: так как возможна пластическая релаксация за

3.3. Дислокационные модели образования зародышей трещин

Существует несколько десятков различных моделей образо­ вания зародышей трещин и теоретических расчетов, основанных на этих моделях [3, 8, 12, 13, 33, 38—55]. Возможные схемы об­ разования зародышей трещин (микротрещин) неоднократно

терпи разрушения (3.7), вообще говоря, неверен. На самом деле выполненные разными авторами оценки приводят к существен­ но различающимся результатам. Поскольку на этот вопрос до сих пор не обращалось должного внимания, далее рассмотрены

Авторы работы [54] определили величину L опытным путем, из­ мерив размер трещины в плоскости скола в направлении сколь­

о-рТр с L , у и %. Величину L , по мнению Хилда, следует опреде­ лять экспериментально.

Учитывая, что x p = crp ctgx, из уравнения (3.18 а) легко получить критерий, подобный выражению (3.17), но с другой угловой за­ висимостью.

5. По В. И. Лихтману и Е. Д. Щукину [12],

За исключением константы уЕ уравнение (3.19) подобно равен­ ству (3.10). Однако авторы работ [10, 12] не учитывают зави­ симости длины скопления дислокаций в плоскости скольжения от ее ориентации и считают L = D. В этом единственном случае произведение сутр можно считать постоянным, однако такая ин­ терпретация величины L вряд ли приемлема.

Таким образом, в зависимости от методики расчета и от ин­ терпретации параметра L модели Баллафа — Рожанского — Гилмана соответствует по крайней мере пять разных критериев

оценить поверхностную энергию плоскости скола у. Критерии отличаются друг от друга величиной константы в правой части

правления скольжения для монокристаллов не очень надежно (измерение несколько упрощается в случае бикристаллов). По­

дислокационной стенки

В основе рассматриваемой модели лежит предположение о наличии в кристалле субграниц (стенок дислокаций), при раз­ рыве которых образуется микротрещина (см. рис. 3.1) [3, 49]. Схематически процесс можно представить следующим образом. Стенка дислокаций, встречая препятствие или пересекаясь ли­ нией скольжения, разрывается в результате концентрации на-

пряжений в месте пересечения. При отсутствии видов деформа­ ции, способных релаксировать напряжения у вершины образо­ вавшейся микротрещины, последняя начинает расти.

Субграницы могут отсутствовать в исходном кристалле и образовываться в процессе деформации. При базисном скольже­ нии такие субграницы возникают в виде плоскостей изгиба, от­ деляющих полосу сброса и перпендикулярных к плоскости скольжения (см. п. 1.6). Полосы сброса образуются при всех видах испытаний, исключая чистый срез. Зародыши трещин могут возникать как в случае неподвижной, так и в случае дви­ жущейся субграницы соответственно в результате ее атаки по­ лосой скольжения или при столкновении с барьером.

Стро [3] полагает, что практически происходит торможение части движущейся стенки дислокаций не очень сильным, но протяженным барьером (например, малоугловой границей, пе­ ресекающей плоскость скольжения). Наоборот, В. Л. Иденбом [46] считает более вероятным пересечение неподвижной стенки дислокаций линией скольжения. Возможны также и другиесхемы возникновения зародышей трещин при разрыве дислока­ ционных стенок [46]. К числу препятствий, способных привести к разрыву движущихся стенок дислокаций, относятся также выделения вторичных фаз, всегда присутствующих в бериллии в тем большем количестве, чем ниже его чистота.

Процесс разрушения состоит из четырех стадий: 1) базис­ ного скольжения; 2) образования плоскости изгиба (полосы сброса); 3) торможения плоскости изгиба у препятствия и ее расщепления с образованием зародыша трещины (либо пере­ сечения стенки дислокаций линией скольжения); 4) развития

порядка миллиметра, необходимые углы разориентации субзе­ рен 9^5°.

Критерий движения образовавшейся трещины, по Фриделю,

2. В модели Стро также различаются критические условия зарождения и развития трещины. Критическое касательное на­

ную величину Н. Используя предположение, подобное сделан­

касательное напряжение т к р учитывает сопротивление движе­ нию дислокаций. С учетом этих дополнений критерий Стро ви­

В таком виде его используют для сравнения с эксперименталь­

рис. 3.1). Считая / пропорциональным деформации до разру­

скол кристалла обусловлен образованием трещин вдоль плоско­ сти двойникования. Часто скол связывают с двойникованием по той причине, что двойники присутствуют у поверхности раз­ рушения. На самом деле это наблюдение недостаточно для кон­ статации такой связи, так как условия, сдособствующие хруп­ кому отрыву (низкая температура и высокая скорость дефор­ мации), также облегчают и двойникование. Несмотря на мно­ жество примеров образования трещин у двойников, в целом корреляция такого рода не может считаться установленной од­ нозначно.

Существует около десяти разных моделей зарождения тре­ щин, связанных с двойникованием. Обзор этих моделей сделал В. М. Финкель [13] . В большинстве случаев трещины обра­ зуются по плоскости, совпадающей с плоскостью двойникования, либо по плоскости базиса (в металлах с г. п. у.-структурой). Связь трещин с двойниками в металлах с г. п. у.-структурой

по плоскости {1012} всегда предшествует скол по плоскостям

(0001) или {1120}.

Грин и Сокилл [62] считают, что причина разрушения при двойникованпи состоит в геометрической несовместимости де­ формации в треугольной области, заключенной между двумя двойниками противоположных знаков. При этом разрушение должно происходить в месте пересечения двойников, а не в области матрицы, заключенной между двойниками или находя­ щейся внутри них.

Обе модели являются качественными. Йо [63] количествен­ но проанализировал взаимодействие полных дислокаций в пло­ скости базиса с двойниками и показал, что у бериллия сме­ шанные дислокации в плоскости базиса отталкиваются от двой­ никовой границы. Это упругое взаимодействие, малое в случае магния и достаточно сильное у бериллия, приводит к образова­ нию скоплений дислокаций на границе двойника и локальному повышению напряжений. При образовании достаточно больших скоплений дислокаций напряжения могут превысить разрушаю­ щее напряжение по плоскости базиса, и на границе с двойником образуется трещина.

вид деформации не обязательно приводит к охрупчиваншо, у бериллия и цинка двойниковаиие при низких температурах спо­ собствует образованию трещин. У бериллия это связано с от­ сутствием систем скольжения, способных релаксировать высо­ кие напряжения в месте пересечения двойников, а также со сравнительно низкими разрушающими напряжениями по пло­ скости базиса.

3.7. М о д е л ь р а з р у ш е н и я , связанная с пересечением полос скольжения

Такая модель была предложена Коттреллом [48] и затем развита Стро [66]. Первоначально ее распространяли па метал­ лы с о. ц. к.-структурой, а позднее применили к ионным кри­

трещины по модели Коттрелла должны возникать вдоль плоско­ стей {1120}, что хорошо согласуется с опытными данными. Большинство исследователей, изучавших разрушение бериллия, считают, что скол по плоскостям {1120} связан с коалесценцией дислокаций, движущихся в пересекающихся плоскостях по ме­ ханизму Коттрелла [29, 67]. Однако детали этого процесса не изучены. Для объяснения некоторых экспериментальных на­ блюдений необходима существенная модификация пли даже от­ каз от модели Коттрелла. К числу таких наблюдений относится сообщение об увеличении пластичности и об исчезновении скола по плоскостям {1120} у кристаллов бериллия высокой чистоты

сжимаемых кристаллах достаточно высоких локальных напря­ жений, способных вызвать разрушение по базисной и призмати­ ческим плоскостям в отсутствие заметной пластической дефор­ мации. Механизм этих специфических процессов не ясен.

Голд [68] связывает призматическую спайность бериллия с наличием в плоскостях {1120} выделений вторичных фаз, кото­ рые наблюдались экспериментально на плоскости скола после разрушения. Ясно, что такие включения являются концентрато­ рами напряжений. В частности, роль включений при пластиче­ ской деформации поликристаллического бериллия подробно ис­ следовали Кода и Морозуми [69].

Левайн и др. [70] наблюдали включения вторичных фаз

Авторы обращают внимание на тот факт, что чем больше вклю­ чений содержится на плоскостях спайности, тем менее пласти­ чен материал. Максимальное количество включений наблюда­ лось в исходном, переплавленном в вакууме электролитическом Be SR-Пешине, меньшее — в однократно дистиллированном ме­ талле и совсем незначительное—в дважды дистиллированном бериллии.

Туэр и Кауфманн [23] полагают, что исключительный харак­ тер призматической спайности у бериллия связан с малой вели­ чиной коэффициента Пуассона. Дамиано и др. [25] высказы­ вают предположение, что разрушение по плоскостям {1120} связано с базисной спайностью. Если плоскость базиса парал­ лельна оси растяжения, так что нормальные напряжения малы, то зародыши трещин в этой плоскости не развиваются, но такая

ским плоскостям развивается лишь в узком интервале ориен­ тации, когда плоскость базиса приблизительно параллельна оси нагружения.

тельный анализ экспериментальных и расчетных данных для разрушения бериллия по плоскости (0001). Поэтому в этом раз­ деле кроме данных для бериллия широко используются резуль­ таты, относящиеся к разрушению цинка. Базисная спайность этих двух металлов имеет одинаковую природу, но у цинка она изучена значительно подробнее, хотя и не настолько, чтобы обеспечить надежную статистическую обработку результатов.

Целью сравнительного анализа является отыскание надеж­ ных критериев разрушения и определение предельных деформа­ ций при базисном скольжении. Из предыдущих разделов сле­ дует, что не существует не только единой точки зрения на ме­ ханизм базисного разрушения, но даже в рамках одной и той