facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

Взаимодействие трещин скола с полосами скольжения в шелочногалоидных кристаллах.

Взаимодействие трещин скола с полосами скольжения в шелочногалоидных кристаллах.
Виктор Фёдоров, доктор физико-математических наук, профессор

Тамбовский государственный университет им. Г.Р.Державина, Россия

Карыев Леонид Геннадьевич, кандидат физико-математических наук, доцент

Новиков Виктор Петрович, студент

Тюменский государственный университет, Россия

Участник конференции

 

Аннотация: Показано, что при пересечении трещиной скола границы искусственно введенной и затем состаренной полосы скольжения по {110}, в кристаллах LiF, скорость распространения трещины изменяется в сравнении с той же величиной при пересечении ею свежей полосы скольжения. Отличается, так же, рельеф поверхности скола в первом и втором случаях. Установлены причины изменения скорости трещины и различия рельефа поверхности скола.

Ключевые слова: полоса скольжения, трещина скола, скорость распространения, краевые дислокации, примесные и точечные дефекты, концентрации.

Дефекты типа двойников, границ зерен, инородных включений, полос Бриллиантова-Обреимова, полос сброса, межблочных границ и так далее, являются источниками внутренних напряжений в материале, что влияет на распространение трещин [1]. При этом разрушение способно ускоряться, замедляться или останавливаться вовсе в зависимости от характера и величины упругих напряжений, а также от протяженности областей их локализации.

Таким образом, трещина обладает высокой чувствительностью ко всякого рода дефектам материала, которые в свою очередь, во многом определяют его механические свойства. Следовательно трещину можно использовать в качестве инструмента, а один из ее параметров - скорость распространения, в качестве критерия для оценки изменения механических свойств материала в локализованных областях.

Работа посвящена сравнению качественной оценки механических свойств макрообластей кристалла с искусственно введенными полосами скольжения по {110} (свежей и состаренной) со свойствами недеформированных зон [2] методом фиксирования разрушения кристалла по плоскости спайности.

Для исследований использовали монокристаллы LiF с концентрацией примесей 10-3 вес. %. Из крупных блоков выкалывали образцы размерами 16х5х3 мм. В кристалл вводили полосы свежих краевых [3] дислокаций (? ~ 2?106 см-2). Свежие дислокации состаривали при Т = 373К в течение 48 часов [4]. Охлаждали образцы на воздухе. Дислокационную структуру выявляли методом химического травления. В экспериментах использовали установку СФР-1М и методику, описанную в [1].

При работе установки в режиме лупы времени были получены кинокадры, иллюстрирующие изменение полей напряжений в кристалле при прохождении трещиной полосы скольжения (рис. 1). Видно, что взаимодействие полей напряжений трещины и полосы скольжения в случае свежей и состаренной полос скольжения начиналось до того, как трещина пересекла полосу скольжения, отчетливо прослеживается аннигиляция сжимающих напряжений на границе полос скольжения.

Однако, анализ регистрограмм процесса разрушения показывает, что свежая полоса скольжения в большей степени влияет на скорость трещины, чем состаренная  (рис. 2). Например, при  плотности  дислокаций в полосах скольжения ~ 107 см-2 изменение скорости трещины в области аккомодации свежей полосы скольжения превысило в 5 раз изменение скорости в той же области в состаренной полосе скольжения. Вне зон аккомодации скорость трещины была в обоих случаях одинаковой и соответствовала скорости начала процесса разрушения.

В обоих случаях проведены фрактографические исследования поверхности скола. На сколе, пересекающем свежую полосу скольжения, наблюдали многочисленные ступеньки. При пересечении трещиной состаренной полосы скольжения изменение рельефа в большинстве случаев незначительное (рис. 3).

В некоторых опытах со свежей полосой скольжения движущаяся трещина переходила из плоскости спайности в плоскость полосы скольжения {110}, чего не наблюдалось в экспериментах с состаренной полосой скольжения, при прочих равных условиях. Переход трещины в плоскость скольжения имеет место лишь при одновременной эволюции полосы сдвига.

Описанные различия можно объяснить тем, что примеси и точечные дефекты, концентрируясь в процессе состаривания в области полосы скольжения (особенно в области ее границ) косвенно воздействуют на трещину, понижая уровень напряжений за счет образования на дислокациях примесных атмосфер. Выступая, также, в роли стопоров дислокаций, они способны облегчить движение трещины в кристалле сквозь полосу.

Рис. 1. Взаимодействие трещины скола с несостаренной (а) и состаренной (б) полосой скольжения по {110}, LiF (10-3 вес. %).

Рис. 2. Непрерывная развертка процесса взаимодействия трещины с полосой скольжения (r ~ 3×107 см-2): а - свежей, б - состаренной. 1 - недеформированный участок кристалла, 2 - деформированный участок кристалла.

 

Таким образом, макрообласть кристалла, являющаяся локализованным множеством краевых дислокаций, обремененных примесными и точечными дефектами, проявляет иные механические свойства в случае взаимодействия с ней развивающейся трещины скола, по сравнению с механическими свойствами областей кристалла со свежими краевыми дислокациями, или свободными от дислокаций участками, то есть областей с локально меньшей концентрацией примесей и точечных дефектов. Это выражается в изменении скорости трещины скола при пересечении ею границы искусственно введенной и затем состаренной полосы скольжения по {110} в сравнении с той же величиной при пересечении трещиной свежей полосы скольжения (при прочих равных условиях) и различии рельефа поверхности скола, прошедшего через искусственно введенную, свежую и состаренную, полосу скольжения краевых дислокаций.

Рис. 3. Поверхности скола LiF (10-3 вес. %), пересекшего предварительно введенные в кристалл полосы скольжения по {110};
а - состаренные, б - свежие. Штрихами отмечены границы полосы скольжения.

Литература

  • 1.  Финкель В.М.  Физические основы торможения разрушения.-  М.: Металлургия, 1977. - 360 с.     

  • 2.  Федоров В.А., Карыев Л.Г., Макаров А.В., Каширин А.Н., Николюкин А.М. Влияние состояния примесей и их концентраций на физические и механические свойства LiF // Aктуальные проблемы прочности: Тез. докл. I Международной конф. 26-30 сентября  1994 года. - Новгород. - 1994. - С. 51.     

  • 3. Смирнов Б.И.  Дислокационная структура и упрочнение кристаллов. - Л.: Наука, 1981. - 235 с.     

  • 4. Джонстон В., Гилман Дж. Скорость передвижения, плотность  дислокаций и пластическая деформация кристаллов фтористого лития //  Успехи  физических наук. - 1960. - Т. LXX.  - Вып. 3. - С. 489-514. 

Комментарии: 2

Таратин Вячеслав Викторович

Работа интересная и содержательная. Успехов авторам! С уважением, Таратин Вячеслав Викторович.

Таратин Вячеслав Викторович

Работа интересная и содержательная. Успехов авторам! С уважением, Таратин Вячеслав Викторович.
Комментарии: 2

Таратин Вячеслав Викторович

Работа интересная и содержательная. Успехов авторам! С уважением, Таратин Вячеслав Викторович.

Таратин Вячеслав Викторович

Работа интересная и содержательная. Успехов авторам! С уважением, Таратин Вячеслав Викторович.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.