книги / Разрушение твердых тел

жение а частично не зависит от определяющего ориентацию уг­ ла ф для кристаллов, разрушающихся сколом. Они также пока­ зали, что присутствие или отсутствие водорода в трещинах не должно влиять на характеристики разрушения наводороженного

как все кристаллы подвергали наводороживанию в одно и то же время и при одной и той же плотности тока, то к началу испыта­ ния на растяжение в них было одинаковое количество водорода. Отсутствие сколько-нибудь заметного эффекта от дегазации кри­ сталлов, проводимой перед испытанием при — 196° С, свидетель­ ствует о том, что давление водорода в кристалле, не подвергав­ шемуся нагреву (старению), должно быть низким и что большая часть водорода диффундирует из трещины в течение получасово­ го интервала между концом процесса наводороживания и на­ чалом испытания.

В отсутствие наводороживания (предварительного или в про­ цессе испытания) хорошо отожженные монокристаллы разруша­ ются чистым сколом (0% сужения площади поперечного сече­ ния) или, наоборот, при сужении до острия (100% сужения площади поперечного сечения). Так как в ненаводороженном монокристалле отсутствуют непродвигающиеся микротрещины такого типа, как задержанные у границ зерен в поликристаллах [36, 37], решающей стадией разрушения следует считать зарож­ дение трещин, т. е. если трещина начала развиваться, то она бу­ дет непрерывно продвигаться до завершения скола, так как проч­ ные барьеры типа, например, большеугловых границ зерен, отсутствуют. Тетелмен и Робертсон [20] нашли, что критическое приведенное разрушающее напряжение наводороженного кри­

продвижения ранее существовавших трещин, чем зарождения новых.

Ни у одного из наводороженных кристаллов, растягиваемых при + 2 5 °С, не обнаружено разрушения сколом. Скол наблюда­ ется лишь при такой ориентации кристаллов, когда

о ' = °к р п т /с ° 5 2 ф < 0 , 6 ^ ,

где а , ф „ т — критическое приведенное разрушающее напряже­ ние.

4 8 4

На основе данных, полученных в предыдущих исследованиях, можно определить работу, затрачиваемую на хрупкое разруше­ ние монокристаллов под действием водорода. Предположим, что средняя длина трещины Ь0 = 0,03 см (исходя из приведенных выше данных), а величина разрушающего напряжения равна

В том случае, когда трещина продвигается лишь под действи­ ем внутреннего давления, отношение работ, затрачиваемых на возобновление движения остановившейся трещины и на его под­ держание, будет функцией длины трещины 1 0, так это показы­ вает нижняя кривая на рис. 7. Считая, что это отношение также сохраняется и в периоды остановки трещины, развившейся под действием внешнего напряжения, и полагая L0 = 0,03 см, полу­ чим из уравнения (7)'

Ур ~ 4ys;

Ay ^ 8ys.

Это означает, что работа, затрачиваемая на возобновление движения остановленной трещины, ранее возникшей при наводороживании, примерно вдвое превышает работу, затрачиваемую на поддержание движения трещины. Так как поля напряжений петель дислокаций, возникших вблизи движущейся трещины, стремятся взаимно погаситься, наибольшая часть энергии пла­ стической деформации ур = (ув + ув), рассеивающейся вблизи движущейся трещины [34], заимствуется из энергии ув зарожде­ ния петель, а не из энергии уF , затрачиваемой на продвижение трещины через поля напряжений этих дислокационных петель. По нашим определениям ув ~ у«; уF ** Y«-

Подикристадлические материалы

В предыдущем разделе было показано, что водородная хруп­ кость монокристаллов сплавов железа представляет результат зарождения трещины и ее последующего продвижения под дей-

488

через весь материал. Как уже было отмечено ранее [уравнение (2)], условие хрупкого разрушения для образца без водорода будет иметь вид:

где пЬ — в соответствии с теорий Коттрелла ограничивается максимальным числом дислокаций, которые могут образовать нагромождение у границы зерна и привести к зарождению тре­ щины до наступления общего течения. Так как предел текучести связан с диаметром зерна d соотношением

где В — постоянная, зависящая от вида напряженного состояния. Так как ау возрастает с уменьшением температуры, для лю­ бого размера зерна d* должна быть переходная температура Г*, ниже которой сталь (ненаводороженная) будет разрушаться полностью хрупко (0% сужения площади поперечного сечения),

ниже Г* предел текучести оу высокий, так что число дислокаций в скоплении п и нормальное напряжение 2а удовлетворяют урав­ нению (16). Так как хрупкое разрушение может происходить на пределе текучести, уравнение (17) дает зависимость разрушаю­ щего напряжения а/ = 2оу в этой температурной области от ве­ личины зерна d.

При Т > Т* значения оу и п слишком малы для того, чтобы выполнялось уравнение (16), и при у = const хрупкого разруше­ ния не происходит. Для разрушения в этой температурной обла­

В области Г* < Т < Г ** разрушающее напряжение линейно за­

леть границ зерен. Разрушение в этом случае происходит, вероят­ но, в результате образования «внутренней шейки» между тре-

490

шинами, остановившимися у границ зерен [39], и носит пример­ но такой же характер, как и в случае не вполне пластичных кристаллов F e — 3% Si, наводороженных до испытания на рас­ тяжение или в результате чистого сдвига, если температура на­ столько высока, что окажется невозможным даже зарождение трещин.

Хан с сотрудниками [36] непосредственно наблюдал непродвигающиеся микотрещины, остановившиеся у границ зерен, при температурах, близких к Г**, когда разрушение носит смешан­ ный характер, т. е. происходит сдвигом и сколом. Предполагая,

длине трещины L, равной диаметру зерна d и Р = 0, также при­ ведены в табл. 2.

Было также определено отношение у*/у**1 зависимость его

отношение работы, затрачиваемой на начало движения трещины под действием давления водорода, к работе, необходимой для поддержания этого движения трещины.

Критерий Гриффитса для продвижения трещины под действи­ ем постоянного внешнего напряжения о в поликристалле схема­ тично представлен на рис. 15. Разрывы, наблюдаемые в интер­ вале d, показывают, что для преодоления трещиной границы зерен необходимо добавочное напряжение. Напряжения, необхо-

491

этом исходным является предположение о равенстве начального давления водорода P t во всех трещинах данного образца. Если при этом приложено достаточное внешнее растягивающее напря-

492