книги / Разрушение твердых тел

Используя метод Пайерлса — Набарро, Пирсон и др. [10] по­ лучили следующее выражение для энергии активации гомогенно­ го зарождения скольжения:

W = (ЗЬг/2те (1 — v) In (о'/оу).

Это уравнение дает линейную зависимость между 1псгу и тем­ пературой. Как можно видеть из рис. 2 и 7, In ау и In от линейно снижаются с повышением температуры. Такие же зависимости были получены для кристаллов U F [И].

Рис. 8. Влияние скорости деформации на предел теку­ чести (оу) и напряжение трения (аш) решетки для MgO:

1 — 8-1(М сек-'\ 2 — 2-1(М сек-'

Расчетные значения «сопротивления трения» решетки для MgO были получены недавно Куросава [12]. Представляется, что они находятся в хорошем соответствии с экспериментальными данными, но все же не вполне удовлетворительны, ибо напряже­ ние, определенное по низкотемпературному пику релаксации, составляет примерно 0,9 • 107 н/м2 (9,0* 107 дин/см2), т. е. лишь около 1/15 приведенных выше значений [13]. Причины такого большого расхождения пока не нашли объяснения.

ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ И ПЛАСТИЧЕСКОЕ ТЕЧЕНИЕ

Зависимость между пределом текучести и разрушающим на­ пряжением в функции от температуры представлена для MgO на рис. 2 и для Ge — на рис. 7. Температура хрупко-вязкого пе­ рехода для германия ~400° С, для MgO она близка к комнатной. Наиболее замечательны свойства хрупкого германия при темпе­ ратурах ниже комнатной, где наблюдается разрушение по ти­ пу I. Разрушение этого типа не выявляется у MgO ни при каких температурах, вплоть до гелиевых. Поведение германия в обла­ сти температур между комнатной и температурой хрупко-вязкого

309

перехода, как это видно из рис. 7, чрезвычайно интересно. Раз­ рушающее напряжение первоначально возрастает с повышени­ ем температуры и имеет острый пик, после которого происходит те­ чение. До температуры пика разрушение соответствует типу II и очень сходно с разрушением надрезанных образцов из мягкой стали при температурах ниже — 100° С [14] или гладких стальных образцов при температурах ниже —200° С [15] (см. рис. 11). Вблизи температурного пика хрупкое разрушение наступает не­ посредственно вслед за текучестью (при испытаниях на изгиб по трехточечной схеме нагружения). Кривая температурной зависи­ мости предела текучести в этой области температур показывает аномальное отклонение от линейности.

В MgO (см. рис. 2) пик напряжений, видимо, появляется при температурах между гелиевыми и жидкого азота. Однако этот пик не такой острый, как у германия. Для менее хрупких мате­ риалов, например MgO, обычным представляется разрушение типа III, происходящее непосредственно после текучести выше пика.

Сравнивая результаты, представленные на рис. 7, с критерия­ ми разрушения, предсказываемыми современными теориями (см. рис. 1), можно найти между ними существенное различие: кривые температурной зависимости разрушающего напряжения и пре­ дела текучести в области ниже комнатной температуры не па­ раллельны. В этой связи, а также из-за возможности механиз­ ма разрушения по типу II были проведены описанные ниже экс­ периментальные исследования.

ЗАРОЖДЕНИЕ И РОСТ ТРЕЩИН ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ИЗГИБ

Влияние острия опоры (ножа)

Рассмотрим в первую очередь влияние острия опор (ножей), используемых при испытаниях на изгиб. Острие опоры вызывает эффект, сходный с эффектом искусственного надреза у вязких материалов. В области острия опоры ранее наступления общего течения возникает локальное течение, причем примерно с равной вероятностью активизируются и обычные системы скольжения,

ите, которых нельзя было ожидать.

Спомощью картины ямок травления локальная деформация

наблюдалась в MgO уже при напряжениях порядка !/3 от разру­ шающего (для температур жидкого азота); на рис. 9, а показана верхняя, а на рис. 9, б — боковая поверхность такого образца.

Методом Бормана были проведены рентгенографические структурные исследования германия «на просвет»; образцы изгибали до напряжений порядка 80% от разрушающих при 350° С. Как видно из рис. 10, локальная деформация происходит в области контакта с центральной опорой, но макроскопического

3 1 0

разрушение по сравнению с инициирующим влиянием течения. Были также проведены аналогичные исследования поведения

MgO при температуре жидкого азота. В этом случае эффект не был столь резко выражен, как у германия. Напомним, что в MgO мы встречаемся с разрушением III типа, которое коррелирует •с общим течением, что будет обсуждено далее.

КРИТЕРИИ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ

Проанализируем критерии хрупкого. разрушения. Наиболее важно здесь влияние текучести, которое обычно противодействует развитию трещины. Ускорения хрупкого разрушения кристаллов германия (по крайней мере, для типов I и II) в связи с пласти­ ческим течением отмечено не было. Поскольку разрушение I типа характерно для совершенно хрупких кристаллических материа­ лов, можно считать, что зарождение трещины не связано с путя­ ми пластического течения. Вместе с тем разрушение II типа обыч­ но наблюдается в процессе испытаний при низких температурах образцов с надрезом из менее хрупких материалов.

Предполагаемые основные критерии разрушения показа­ ны на рис. 11. В табл. 4 в сжатой форме приведены резуль­ таты.

Разрушающее напряжение e*f при температуре абсолютного

нуля можно определить, исходя из наблюдаемых значений оу при разрушении I типа и графика, приведенного на рис. 11 (для гра­ фика принято 5 = 3). График дает значения a j = 0,135 • 1011 н/м2

(1,35• 1011 дин/см2), что находится в достаточно хорошем соот­ ветствии с расчетным значением 0,25* 1011 н/м2 (2,5* 1011 дин/см2),

Т а б л и ц а 4

Предполагаемые типы и условия хрупкого разрушения1____________