Файл: Папиров И.И. Пластическая деформация бериллия.pdf

45.Hausner F. E. e. a. Trans. Лтег. Soc. Metals, 1958, 50, p. 856.

46.London G. J. e. a. Trans. ЛІМЕ, 1968, 242, p. 979.

47.Сузуки X. В кн.: Дислокации и механические свойства кристаллов. Перев. с англ. М., Изд-во иностр. лит., 1960, с. 151.

48.Коттрелл А. В кн.: Структура металлов и свойства. М., Металлургнздат, 1957, с. 134.

52.Flinn P. A. Acta metallurgica, 1958, 6, p. 631.

53.Мак-Лин Д . Механические свойства металлов. Персв. с англ. М., «Ме­ таллургия», 1965.

54.Файн М. В сб. [9], с. 112.

55.Ansell G. A., Lenel F. V. Acta metallurgica, 1960, 8, p. 612.

58.Wiedersich H. J. Metals., 1964, 16, p. 424.

59. Cottrell A. H., Stokes R. J. Proc. Roy. Soc, A., 1955, 233, p. 17.

60.Diehl J.. Berner R. Z. Metallkunde, 1960, 51, S. 522.

64.Лаврентьев Ф. Ф., Владимирова В. Л. «Фпз. металлов и металловеде­ ние», 1971, 31, с. 162.

65. Adams К. Н., Vreeland Т. Trans A I M E , 1968. 242, р. 132.

66.Taylor G. I . Proc. Row Soc. A, 1934. 145, p. 362.

67.Gilman J. J . J . Appl . Phys., 1962. 33, p. 2703.

69.Hirsch P. B. Philos. Mag . , 1962, 7, p. 67.

72.Telelman A. S. Acta metallurgica, 1962. 10, p. 813.

73. Escaig B. I n : Dislocation Dynamics. M c G r a w - H i l l Publ. Co., 1968, p. 655; J. Physique, 1968, 29, p. 225.

74.Hirsh P. В., Mitchell T. E. Canad. J. Phys., 1967. 45, p. 663.

Г л а в а

З

Ф И З И Ч Е С К И Е О С Н О В Ы Р А З Р У Ш Е Н И Я Б Е Р И Л Л И Я

Согласно современным представлениям, в основе которых лежит идея, выдвинутая А. В. Степановым [1], разрушение кри­ сталлов металлов наступает лишь после их предварительной пластической деформации. Разрушение происходит в две ста­ дии [2, 3]: вначале образуются зародыши микротрещин, затем происходит их рост. Пластическая деформация необходима для образования зародышей трещин, поэтому зарождение часто свя­ зывают с величиной касательных напряжений. В свою очередь, рост трещин в значительной мере определяется величиной нор­ мальных напряжений.

Долгое время существовало мнение, что критерием разруше­ ния кристаллов является достижение критической величины растягивающих напряжений ар , направленных нормально к плоскости трещины (закон Зонке [4]). Развитию этого критерия способствовали, с одной стороны, экспериментальные результа­ ты, собранные Шмидом и Боасом [5], и с другой — теоретические работы Гриффитса [6]. Гриффите впервые ввел представление о мнкротрещине как источнике последующего разрушения, однако он предполагал, что зародыши трещин всегда имеются в исход­ ном материале. Критерий разрушения Гриффитса имеет вид

Теория Гриффитса удовлетворительно объяснила экспери­ ментальные результаты по разрушению стекла и некоторых дру­ гих материалов, однако она оказалась неприемлемой для ме­ таллов и других кристаллических веществ. В этом случае под­ становка в уравнение (3.1) экспериментально измеренных зна­ чений от,, приводит к неприемлемо высоким значениям длины мнкротрещдш (например, у цинка 2С,Ф по порядку величины составляет 1—10 мм). Экспериментальные исследования про­ цесса разрушения монокристаллов, проведенные после опубли­ кования книги Шмида и Боаса [5], также показали, что при из­ менении ориентации кристаллов ни сгр, ни т р не остаются посто­ янными [7—12].

Эти и многие другие экспериментальные результаты нашли объяснение в дислокационной теории разрушения на основе анализа возможных механизмов зарождения трещин в местах

механики процесса их роста. Из-за существенного различия под­ ходов, методик и идей, используемых в этих двух группах ра­ бот, в понятие «хрупкость» часто вкладывают разный смысл. Во многих работах в качестве критерия', разделяющего хрупкие и вязкие материалы (либо состояния одного материала), приме­ няют величину деформации до разрушения, т.е. характеристику их пластичности. На самом деле понятия «пластичность» и «вяз­ кость» не адекватны. Материал может обладать заметной пла­ стической деформацией, но разрушаться хрупко. Поэтому в дальнейшем термины «хрупкость» н «хладноломкость» мы бу­ дем использовать лишь в связи с представлениями о низком сопротивлении материала распространению трещин, т. е. в связи

смалой вязкостью разрушения.

Вэтой главе рассмотрены главным образом физические ас­ пекты разрушения, основанные на дислокационных представле­ ниях. Проблемы роста трещин в бериллии, имеющие громадное значение, для понимания природы его хладноломкости (низкой вязкости разрушения), почти не изучены. С общим состоянием этих вопросов, а также с механикой пластической деформации и разрушения можно познакомиться в работах [13—19].

3.1. О с н о в н ы е экспериментальные наблюдения

Разрушение кристаллов бериллия происходит, как правило, по трем плоскостям: базиса (0001), призмы второго рода {1120} и двойникования {1012}. О сколе по плоскостям {1122}, {1123}, {1124} сообщалось в работах [20, 21]. Наиболее подробно изу­ чена спайность бериллия по плоскости базиса — плоскости наи­ более легкого разрушения, которую мы здесь в основном и рас­ смотрим. Другие виды разрушения исследованы недостаточно.

3.1.1. Характеристика разрушения бериллия по плоскости базиса. Спайность бериллия по плоскости базиса проявляется в широком интервале температур и не устраняется рафиниро­ ванием. Удаление примесей, так же как и повышение темпера­ туры испытаний, способствует увеличению предшествующей разрушению деформации, однако разрушение все-таки носит четко выраженный кристаллографический характер. Лишь при высоких температурах (~600 — 800°С у кристаллов технической чистоты и ~ 4 2 5 ° С у высокочистого бериллия) намечается тен-

деиция к исчезновению базисного скола и к переходу от хруп­ кого к вязкому разрушению [22].

Способность кристаллов бериллия разрушаться по базисной плоскости, особенно при низких температурах, используется на практике для получения тонких плоскопараллельных пластин металла.

Прочность на отрыв по базисной плоскости у бериллия очень низкая. По Туэру и Кауфманиу [23], при растяжении кристал­ лов технической чистоты, ориентированных для базисного сколь­

этих напряжений, рассчитанные из экспериментальных резуль­ татов Р. И. Гарбера и др. [24] (см. табл. 1.12). Кроме того, в

считают, что критерием разрушения бериллия является постоян­ ство произведения ОрТ р . Из табл. 3.1 следует,- что на самом деле величина 0 р Т р изменяется в зависимости от угла хо примерно в два раза. С увеличением температуры разрушающее напряже­ ние Ор быстро возрастает от 3 до 13 кГ/мм2 в области 273— 973° К [23].

Разрушение по плоскости базиса, как и другие виды разру­ шения, зависит от характера напряженного состояния. Напри­ мер, при сжатии кристаллов нормальные напряжения стремятся захлопнуть микротрещины, и деформация до разрушения воз­ растает,