ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 132
Скачиваний: 0
Структура поверхности |
скола подробно изучена в работах |
[23, 25, 26]. На поверхности |
обычно наблюдаются «речные узо |
ры», направленные вдоль следов призм I и I I рода. По их ха рактеру легко установить направление распространения трещи ны. Поверхность скола имеет ступеньки двух типов: высотой в одно или несколько межатомных расстояний и высотой, исчис ляемой тысячами ангстрем и даже микронами. Первые обра зуются при пересечении плоскости скола с винтовыми дислока циями, природа вторых исследована недостаточно.
Структура поверхности существенно зависит от температуры испытания [26]. При исследовании кристаллов, расщепленных вначале при 77° К и затем при 201 и 298° К, обнаружена пере ходная зона медленного распространения трещины, предшест вующая зоне лавинного роста [26]. Ширина этой зоны увеличи вается с ростом температуры испытаний. В кристаллах сплава Be—1,49 вес.% Си переходная зона отсутствует. Поверхность переходной зоны медленного роста более грубая. Трещина рас пространяется здесь скачками и не лежит в одной плоскости. Вследствие заметной пластической релаксации в переходной зоне происходит «затупление» трещины. Поверхность скола можно представить в виде ступеней (0001) и {1120}.
В зоне быстрого роста пластическая релаксация у вершины незначительна и вследствие этого образуется более гладкая по верхность скола.
Энергии зарождения и распространения трещин по плоскости базиса в монокристаллах бериллия различной чистоты и спла вах экспериментально определены в работах [24, 26]. Кроме того, теоретические оценки поверхностной энергии сделали Гилман [27], Лелевнк [28] и Лондон и Дамиано [29] (см. п. 3.2). С методиками определения поверхностных энергий можно по
знакомиться по работам |
[30, 31]. Простые методы определения |
|||
энергии распространения |
трещины предложили |
Обреимов |
||
и Гилман |
[32]. В работе |
[26] для |
определения энергии распро |
|
странения |
трещины использован |
метод Гилмана |
расщепления |
двойной консоли. Для оценки энергии зарождения трещин ци
линдрические |
образцы |
монокристаллов |
бериллия |
(уо = 304-60°) |
|||||
с нанесенными на рабочую часть отпечатками индентора |
растя |
||||||||
гивали при температуре 77° К со |
скоростью |
0,125 мм/мин до |
|||||||
разрушения'. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нижние значения энергии распространения трещины по пло |
|||||||||
скости базиса в |
монокристаллах |
Be |
SR-Пешипе |
(с,, —0,22%, |
|||||
с В о о ~ О Д 6 % ) . при 201 и 77° К равны 2100±100 |
эрг/см2. При ком |
||||||||
натной температуре и 383°К |
энергия |
возрастает |
до |
7000— |
|||||
8400 эрг/см2. |
Эти значения неплохо |
согласуются с величиной по |
|||||||
верхностной |
энергии Y(oooi)~5500 эрг/см2 |
(при 298°К), получеи- |
|||||||
1 Подробно этот |
метод |
описан |
п работе [26], При расчете |
энергии |
зарож |
дения использован критерии Баллафа [33] (см. и. 3,4).
ной Р. И. Гарбером и др. [24] путем приближенной оценки. Энер гия распространения трещины в кристаллах дистиллированного бериллия высокой чистоты (c,j —0,0125%) при 77° К возрастает в полтора раза (до 3260—3850 эрг/см2); в отдельных образцах сплава Be—1,49 вес.% Си эта энергия составляет 2840 эрг/см2.
Энергия зарождения трещины в двух кристаллах Be SR-Пе- шине при 77° К равна 1660 и 2510 эрг/см2, т.е. среднее значение (2085 эрг/см2) сравнимо с величиной энергии распространения трещины. Экспериментальные значения энергий зарождения и распространения трещин хорошо согласуются с рассчитанными теоретически истинными значениями поверхностной энергии (см. п. 3.2, табл. 3.2).
Увеличение энергии распространения трещины с ростом тем пературы, очевидно, связано с пластической релаксацией у вер шины трещины. На это указывает более широкая переходная область и наличие следов деформации. Точно так же возраста ние энергии распространения трещины в более чистом материа ле, по-видимому, связано не с изменением истинной поверхно стной энергии! а с увеличением вклада пластической деформа ции за счет уменьшения критических напряжений сдвига. От сутствие переходной зоны в сплаве с медью объясняется скорее всего слабой пластической релаксацией, что, в свою очередь, связано с десятикратным увеличением критических напряжений
сдвига сплава |
Be — Си по сравнению с чистым |
бериллием. • |
Начиная с |
первых исследований [23] разрушение бериллия |
|
по плоскости |
базиса связывают с образованием |
сбросов. Туэр |
иКауфманн [23] предложили две качественные модели зарож дения трещин вдоль плоскости базиса в результате образования
иразвития сбросов. Первый и основной механизм относится к
деформации кристаллов, ось растяжения которых не совпадает с осью с или а. Эти кристаллы деформируются за счет базис ного скольжения, затем образуются сбросы, которые и ведут к разрушению. Разрушение, по мнению Туэра и Кауфманна, свя зано исключительно с геометрической несовместимостью по лосы сброса и матрицы в условиях, когда граница полосы не может вращаться, а другие виды ориентационной перестройки не имеют места [23]. Количественно эту модель проанализиро вал Стро [3] (см. п. 3.5).
Вторая модель относится к разрушению при растяжении кристаллов вдоль оси с. В этом случае единственным видом деформации является двойникование в системе {1012}. Трещи ны образуются в областях матрицы, заключенных между двой никами противоположных знаков. Разрушение кристаллов бе риллия по плоскости (0001) за счет двойникования изучено не достаточно, и указанная модель не является единственной. Трещины могут также возникать при торможении двойника у препятствия, при пересечении двойников н т.д. [13].
Отметим, что изгиб плоскостей базиса при двойниковании носит специфический характер: это не сбросы в обычном пони мании, когда изгибу предшествует скольжение, а аккомодаци онный эффект, связанный с переориентацией матрицы вблизи двойника. Разрушение в этом случае имеет особенность: трещи ны по плоскостям базиса доходят до границ двойников и затем распространяются вдоль поверхности раздела двойника и мат рицы, образуя единый фронт разрушения.
3.1.2. Характеристика разрушения бериллия по плоскостям призмы {1120}. Как и призматическое скольжение, разрушение
бериллия по |
плоскостям {1120} |
преобладает лишь в том слу |
|
чае, когда плоскость базиса наклонена к оси |
деформации на |
||
углы %о<15°. |
Это разрушение |
отливается от |
базисного менее |
четко выраженным кристаллографическим характером и требует
более |
высоких напряжений ( с г р ( П 5 0 ^ 1 0 а р ( |
0 0 0 1 ) ) . Призматические |
||
сколы, |
хотя и являются |
гладкими и блестящими, редко бывают |
||
плоскими н отклоняются |
от поверхности {1120} на значительные |
|||
углы. Микроскопический |
анализ |
выявляет |
множество ступеней, |
|
параллельных плоскости |
базиса, |
и мелких |
неровностей [23]. |
Изменение склонности бериллия к разрушению по плоско стям {1120} в зависимости от температуры испытаний, ориен тации и чистоты кристаллов изучено недостаточно. Вероятно, этот вид спайности реализуется лишь в некоторой области тем ператур и исчезает по мере ее роста. Температура устранения хрупкого разрушения по плоскостям {1120} зависит от чистоты металла. Очистка кристаллов приводит к исчезновению этого вида разрушения уже при комнатной температуре [22]. У кри сталлов технической чистоты напряжение разрушения по пло скостям {1120} возрастает от 15 до 23 кГ/мм2 в области темпе ратур от 77 до 773° К. При 1073° К спайность не проявляется [23].
Р. И. Гарбер с |
сотр. [24] исследовали |
характеристики |
приз |
|||||
матического скольжения и разрушения по |
плоскостям |
{1120} |
в |
|||||
зависимости |
от ориентации кристаллов. |
При увеличении |
%0 |
от |
||||
5 до |
15° величина |
т л уменьшается1 от 5,7 |
до 4,5 кГ/мм2, |
а |
сгр |
|||
почти |
не меняется |
(ар = 16,0-^-16,5 кГ/мм2). |
Произведение |
оугр |
||||
также |
оказывается приблизительно постоянным и |
равным |
||||||
112 (кГ/мм2)2. |
Отметим, что постоянство |
fjpTp вряд |
ли |
имеет |
глубокий физический смысл, так как в данном случае гтр отно
сится |
к плоскости |
(1120), а т р — к |
плоскости |
(1010). |
Возмож |
||
ность одновременного скольжения в двух системах |
(0001) и |
||||||
{1010} |
при х = 5ч-15°, |
а также недостаточное |
количество |
изме |
|||
рений |
делает анализ |
экспериментальных наблюдений |
неодно |
||||
значным. |
|
|
|
|
|
|
|
1 Значение разрушающих касательных |
напряжении, |
равное 4,5 кГ/мм2, |
|||||
ниже других известных величии т(|0!(у). Возможно, при |
указанных |
ориеита- |
|||||
циях возникало также |
разрушение по плоскости базиса (0001). |
|
|
||||
124 |
|
|
|
|
|
|
|
По данным Р. Й. Гарбера с сотр. [24], поверхностная энергия ^'(ii2o)» оцененная по результатам испытаний иа растяжение, при ближенно равна 4,2-104 эрг/см2 при 298° К, т.е. почти на поря док выше Y( 0 ooir ^ 3 " з а вклада пластической деформации вели чину 7(П -?о)>по-видимому, следует рассматривать как эффектив ную поверхностную энергию.
3.1.3. Характеристика разрушения по плоскостям двойникования {1012}. Разрушение бериллия вдоль поверхности раздела между двойниками и матрицей обычно сосуществует с другими видами разрушения, особенно со спайностью по плоскости ба зиса.
По Туэру и Кауфманиу [23], этому виду излома всегда пред шествует скол по плоскостям (0001) или {1120}. В отличие от цинка [34], излом обычно происходит по границе двойника или по плоскости базиса матрицы, но не по телу двойника [23]. Тре щины по плоскостям базиса и двойиикования часто начинаются у вершины двойника. По-видимому, как и у цинка, трещина, медленно распространяющаяся вдоль плоскости базиса, соз дает у своей вершины концентраторы напряжения, способные
вызвать |
двойникование |
[26]. В |
таком |
случае |
трещины |
вдоль |
|||
плоскостей {1012} следует рассматривать как вторичное |
яв |
||||||||
ление. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разрушение по плоскостям {1012} встречается сравнительно |
|||||||||
редко. |
Вероятно, |
разрушающее напряжение о"р(10-^^ |
замет |
||||||
но выше |
значений |
о^пооі) |
и а р(п~о)- Какие-либо |
коли |
|||||
чественные |
оценки |
этой величины |
отсутствуют. Известно |
||||||
лишь, |
что |
при |
растяжении |
кристаллов |
вдоль |
оси |
с |
при комнатной температуре разрушение (главным образом по
плоскости базиса) происходит |
при |
напряжениях ар^Ю.бч- |
|
-=-11,2 |
кГ/мм2, которые в пять |
раз |
выше значений с г м 0 0 0 1 ) |
(см. п. |
3.1.1). |
|
|
3.1.4. Характеристика разушения при сжатии кристаллов бе риллия вдоль оси с. Разрушение кристаллов бериллия при сжа тии вдоль оси с имеет ряд особенностей, отличающих его от дру гих известных видов разрушения.
Характер разрушения образцов технической чистоты ме няется в области температур около 460° К [29]. При комнатной температуре разрушение происходит путем раскалывания моно кристаллов на мелкие частицы. Их размер увеличивается с ро
стом температуры |
от |
1—2 мкм при 4,2° К до 100 мкм при 300° К |
||
[20] и уменьшается |
с |
понижением |
чистоты металла. Субмикрон |
|
ные |
частицы, образующиеся при |
низкотемпературном разруше |
||
нии, |
не обладают |
определенной |
кристаллографической огран |
кой [20]. По мнению Р. И. Гарбера с сотр. [20], это объясняется тем, что низкая подвижность дислокаций при 4,2° К препятствует росту трещин; их зародыши практически не развиваются, и из-
лом имеет произвольную форму. Следует учитывать, что npil низкотемпературных испытаниях высокопрочного материала в испытательной машине накапливается большая потенциальная энергия, которая в момент разрушения освобождается в виде взрыва, способствуя разрушению образцов. При температурах вблизи комнатной частицы огранены плоскостями (0001) и {1120}.
Выше 760° К разрушение кристаллов технической чистоты происходит в результате среза по поверхности, наклоненной к базисной плоскости под некоторым углом. Лондон и Дампано [29] считают, что разрушение не связано с определенной кри сталлографической плоскостью, тогда как, по другим данным, плоскость скола может быть идентифицирована как {1124} [20—22]. У поверхности разрушения наблюдаются следы пира мидального скольжения. Это, а также искажение рефлексов па лауэграммах, снятых с поверхности среза, означает, что раз рушению предшествует небольшая пластическая деформация. Поскольку разрушение вдоль следов пирамидального скольже ния отсутствует, возможно, что поверхность среза является ре зультирующей поверхностью разрушения по нескольким пло скостям.
У кристаллов высокой чистоты характер разрушения при комнатной температуре такой же, как и у грязных кристаллов при 470° К. Прочность кристаллов при комнатной и повышенных температурах слабо зависит от чистоты материала, но увеличи вается при легировании бериллия медью и никелем.
3.1.5. Разрушение поликристаллического бериллия. По срав нению с разрушением монокристаллов разрушение полнкрнсталлического металла имеет ряд особенностей. Поликрнсталлический бериллий при нормальной температуре обладает смешан ным изломом: по зерну и по границам зерен. С ростом темпе ратуры вклад межкристаллптного разрушения увеличивается, и
при 870° К технический |
бериллий разрушается |
с малыми |
дефор |
|
мациями и в основном |
по границам зерен. Мы не будем касаться |
|||
здесь вопросов горячеломкости |
бериллия, подробно описанных |
|||
в монографии [35], а ограничимся лишь рассмотрением |
процес |
|||
сов возникновения и распространения трещин. |
|
|
||
Очевидно, распространение |
трещин через |
границы |
зерен |
встречает такие же препятствия, как и распространение сдвига,
поскольку |
плоскости разрушения |
(как и плоскости |
скольжения) |
в соседних |
зернах не совпадают. |
Следовательно, |
при чисто |
транскристаллитном разрушении необходимо, чтобы при пере ходе разрушения от зерна к зерну каждый раз образовывался зародыш новой трещины. Вероятно, этот процесс не всегда вы годен, потому что часто трещина, распространяющаяся по зер ну, продолжается по его границе. Поскольку с увеличением температуры этот процесс происходит все чаще и чаще, состоя ние границ зерен оказывается существенным для понимания