Разрушение дислокационные модели

Кроме феноменологических подходов к проблеме хрупкого разрушения в настоящее время интенсивно развиваются исследования по анализу предельного состояния кристаллических твердых тел на основе физических механизмов образования, роста и объединения микротрещин. Разработаны дислокационные модели зарождения и подрастания микротрещины [4, 24, 25,. 106, 199, 230, 247], накоплен значительный материал по изучению закономерностей образования и роста микротрещин в различных структурах [8, 22, 31, ИЗ, 183, 213, 359, 375, 381], подробно изучены макроскопические характеристики разрушения, в том числе зависимости истинного разрушающего напряжения от разных факторов, таких, как диаметр зерна, температура и т. д. [6, 101, 107—109, 121, 149—151, 170, 191, 199, 222, 387, 390, 410, 429]. Как отмечалось выше, при формулировке критериев разрушения наиболее целесообразным представляется подход, интерпретирующий механические макроскопические характеристики исходя из структурных процессов, контролирующих разрушение в тех или иных условиях. [c.59]

Такая формулировка связана со следующими обстоятельствами. Известные дислокационные модели зарождения микротрещин [4, 25, 170, 247] показывают, что они возникают при некотором критическом значении локальных напряжений в голове дислокационного скопления. Это соответствует критическому значению эффективного напряжения = Эффективное напряжение здесь определяется равенством a ff = ai — оо, в котором величина Оо есть так называемое напряжение трения, являющееся суммой напряжений Пайерлса—Набарро и сопротивления скольжению, обусловленного взаимодействием дислокаций с примесными атомами, точечными дефектами и исходными дислокациями [170]. Иными словами, оо есть напряжение, соответствующее началу пластического течения в зерне. С другой стороны, как известно, при температуре нулевой пластичности Т = = Tq условие наступления пластического течения (2.3) есть одновременно и условие разрушения сг/ = От(7 о) [170, 222]. Очевидно, что в данном случае выполнено условие зарождения микротрещины, и, следовательно, справедливо равенство [c.67]

Физические модели хрупкого разрушения в области температур Т > То, где пластическая деформация, предшествующая зарождению микротрещины, может быть существенной, недостаточно разработаны. Известные дислокационные модели, использующие концепцию эффективных напряжений, показанные, например, в работе [247], относятся к случаю небольших деформаций, соответствующих напряжениям а ат. [c.108]

ДИСЛОКАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ [c.425]

Жаропрочность — весьма сложное свойство. Определяющими,, как и в прочности вообще, являются процессы деформации (ползучести) и разрушения. Однако в поведении металлов под нагрузкой при высоких температурах (Т 0,4 Гцл) имеется специфика, связанная с возрастанием роли температурного фактора. Особое значение приобретает стабильность заданной структуры. При высоких температурах возрастает интенсивность диффузионных процессов, что способствует изменению структуры и свойств. В условиях высокотемпературной деформации в дислокационных моделях, описывающих ползучесть и разрушение металла, необходимо учитывать и диффузионные процессы. [c.379]

Рис. 93. Теоретическая диаграмма разрушения изотропного пластичного кристалла, вычисленная на основе атомно-дислокационной модели квантовой механики разрушения [261]

Первая дислокационная модель разрушения сколом поликристаллических материалов базировалась на достижении критического значения растягивающего напряжения аее в недеформированном зерне. Рассуждая аналогично Петчу, [c.179]

Процесс разрушения металлов невозможно объяснить, не основываясь на теории дислокаций, поскольку разрушение и пластическая деформация неразрывно связаны между собой. Предложены различные дислокационные модели образования зародышей трещин, возникающих благодаря скоплению дислокаций перед барьерами. [c.67]

Изменение механических характеристик материалов при изменении температуры обычно связывают с изменением сил взаимодействия между атомами или с изменением дислокационной модели деформирования и разрушения. Уменьшение, например, предела текучести можно объяснить с позиций теории дислокаций. Повышение температуры способствует возникновению энергетических флуктуаций, достаточных для преодоления дислокациями статических препятствий, имеюш ихся в материале. Механизм торможения дислокаций в значительной степени зависит от структуры, характер изменения которой в свою очередь определяется температурно-временными условиями испытания. [c.167]

Резкое повышение критической температуры хрупкости в период интенсивного увеличения плотности дислокаций и образования дислокационных скоплений с критической плотностью может быть объяснено, исходя из существующих дислокационных моделей хладноломкости [35, 66—67]. Дислокации, перемещающиеся под воздействием приложенных напряжений, образуют у препятствий горизонтальные ряды. При этом у авангардной дислокации возникают высокие локальные напряжения [35, 63, 66—69]. Вероятность хрупкого разрушения сводится к вероятности сохранения блокировки дислокаций [35, 69]. Температурные флуктуации способствуют рассасыванию скоплений дислокаций — происходит микро-пластическая деформация. Возможность и скорость релаксации локальных напряжений уменьшаются с понижением температуры, так как при этом уменьшается вероятность эффективных температурных флуктуаций и увеличивается сопротивление пластической деформации [63], о чем свидетельствует резкое повышение предела текучести с понижением температуры [70, 71]. В результате при достижении некоторой достаточно низкой температуры скорость рассасывания скоплений дислокаций будет отставать от роста напряжения, вследствие чего может произойти хрупкое разрушение. Эта температура и является критической температурой хрупкости. Увеличение периода запаздывания начала пластической деформации с понижением температуры экспериментально показано в работе [72]. [c.110]

За последние десятилетия в физике твердого тела получило широкое распространение представление о несовершенствах кристаллической решетки, называемых дислокациями. Этим несовершенствам приписывается основная роль при объяснении ряда особенностей поведения реальных кристаллов. Механизм пластической деформации, ползучести, разрушения, рассеяния энергии при циклическом деформировании связываются большинством современных авторов с перемещением дислокаций внутри кристалла. Дислокационные представления используются также для объяснения механизма роста кристалла. Возможные дефекты кристаллической решетки не ограничиваются, конечно, одними дислокациями этим термином называются дефекты особого рода, обладающие совершенно определенными свойствами. Однако дислокационные представления, как оказалось, имеют настолько общий характер, что на их основе можно построить очень большое количество разного рода моделей, объясняющих те или иные свойства реального кристалла, и выбрать из этих моделей те, которые наилучшим образом отвечают опытным данным. [c.453]

Метод измерения электросопротивления использовался в работе [100] для изучения разрушения окисных пленок при трении. В работе [101] он применялся для построения дислокационно-вакансионной модели схватывания. Измерения электросопротивления могут проводиться на постоянном и переменном токе. Измерения на постоянном токе отличаются большей чувствительностью и простотой установки. Измерения на переменном токе дают меньшую чувствительность и технически сравнительно сложнее, но информативность их выше меняя частоту использованного тока, за счет [c.43]

На основании дислокационного механизма зарождения трещин были разработаны различные модели разрушения материалов при пластической деформации при этом причинами разрушения могут быть 1) скопление (нагромождение) дислокаций в отдельных плоскостях скольжения 2) взаимодействие дислокаций, движущихся в пересекающихся системах скольжения 3) взаимодействие дефектов кристаллической решетки (безбарьерная модель) 4) разрыв и частичное смещение дислокационных стенок 5) взаимодействие упругих полей напряжений, образованных дислокациями. [c.15]

Теория трещинообразования и дислокационная теория разрушения достаточно сложны для решения практических задач ОМД различные методы статистической теории прочности трудоемки и ограничены областью использования. Поэтому в теории и практике ОМД используется феноменологический подход, основанный на методах механики сплошной среды с идеализированной моделью металлов. [c.16]

Кроме того, следует отметить, что полученные данные могут служить основой для построения новых физических моделей процесса хрупкого разрушения, основанных не на традиционных схемах концентрации напряжений из-за различного рода неоднородностей дислокационной структуры, а за счет различного рода локальных неоднородностей распределения ансамбля кластеров из точечных дефектов различной мошности и природы [368, 691]. Таким образом, при определенных температурно-силовых и временных условиях стадия зарождения первичного очага концентрации напряжений и первичной трещины, а также последующая стадия развития хрупкой трещины должны рассматриваться с позиций изложенной выше модели диффузионно-дислокационной микропластичности. При этом теория должна рассматривать диффузионную стадию зарождения ансамбля кластеров различной мощности (т.е. с различным уровнем концентрации напряжений вблизи единичных кластеров), их рост и эволюцию в процессе вьщержки под нагрузкой (взаимодействие между собой, перераспределен е в размерах и др.). Т.е. взаимодействие между собой локальных источников перенапряжений от единичных кластеров в микрообъемах формирует общее макроскопическое поле внутренних напряжений в кристалле, ответственное за деформационное упрочнение кристалла, а также создает некоторую критическую ситуацию по пиковым напряжениям, превышающим в некоторой точке ансамбля прочность кристалла на разрыв [368, 691]. [c.259]

Наличие точки перелома характеризует существование двух механизмов усталостного разрушения. При высоких уровнях напряжений усталостные разрушения связаны с накоплением пластических деформаций по плоскостям сдвигов, при малом уровне напряжений происходят диффузионные процессы дислокационной природы. Два частных случая модели показаны на рис. 6.3. В первом случае (рис. 6.3, а) материал имеет предел выносливости не- [c.188]

Исследованию особенностей внутреннего трения материалов с покрытиями посвящены работы, проведенные в Физико-механическом институте им. Г. В. Карпенко АН УССР [И, 25, 276 и др.], результатом которых, в частности, явилась разработка дислокационных моделей механизмов разрушения твердых тел с плазменными покрытиями. [c.184]

Слабым местом аргументации Орована является отсутствие различия между локальной и общей текучестью в образце с надрезом. Поэтому модель недостаточно гибка и не учитывает возможного зарождения трещины скола на полосах скольжения или двойниках даже в макроскопически хрупком образце. Однако она подчеркивает важность влияния растягивающих напряжений на развитие хрупкого разрушения. Эта точка зрения была подтверждена экспериментами Гендриксона, Вуда и Кларка [6], но зачастую игнорируется современными дислокационными теориями разрушения, предсказывающими, что общее поведение образца определяется локализацией напряжений в вершине дислокационных скоплений. Дислокационная модель разрушения сколом Коттрелла [7] учи- [c.170]

При изучении микромеханизма хрупкого разрушения стали Коттрелл с сотрудниками [204] разработал дислокационную модель, основывающуюся на анализе пластической деформации в вершине трещины, которая в дальнейшем неоднократно была испол1>зована исследователями для описания процесса распространения усталостной трещины. Эта модель описывает трещину при плоской деформации, нагруженную напряжением сдвига Го. Пластическая область впереди вершины трещины заменяется рядом краевых дислокаций. Дислокации по этой схеме выскальзывают (движутся) из устья трещины в [c.151]

Замедленное разрушение в соответствии с дислокационными моделями происходит в сплавах титана с низким и средним пределами текучести. Однако при определенных концентрациях газов и легирующих элементов вполне вероятно одновременное разрушение и по границам зерен, и в полосах скольжния. Например, это возможно в случае высокопрочных а-Ьр-сплавов (ВТб, ВТИ) при повышенном содержании кислорода и азота, когда разница в сопротивлении сдвигу по границам зерен и по плоскостям наилегчайшего скольжения мала, или в случае чистых по этим примесям сплавов, но при высоком содержании алюминия (АТ8), когда гидридное превращение отсутствует, несмотря на относительно большое содержание водорода. [c.159]

Анализ микроструктуры показал, что разрушению всегда предшествует пластическая деформация. Микротрещины, как правило, расположены перпендикулярно приложенному напряжению. На нетравленой поверхности деформированных образцов обнаружены субмикроскопические трещины шириной 300—900 А и длиной 0,0006—0,006 мм (рис. 20). С увеличением степени деформации возрастают число и размер образующихся трещин. Все выявленные трещины в основном образуются в полосах скольжения по рассмотренным ранее дислокационным моделям Гилмана и В. Н. Рожанского (см. рис. 13 и 20). [c.49]

Выявленные закономерности послужили основой для разработки физико-механической модели хрупкого разрушения ОЦК металлов и формулировки критерия разрушения в терминах механики сплошной деформируемой среды. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что зарождение микротрещины контролируется эффективными напряжениями, геометрией дислокационного скопления, определяющей концентрацию эффективных напряжений в голове скопления, а также наибольшим главным напряжением. С ростом температуры и пластической деформации концентрация эффективных напря- [c.146]

Существенным моментом модели Броека является то, что разрушение слиянием пор требует как высоких напряжений, так и больших деформаций. Для зарождения пор и их роста одного наличия дислокационных петель вокруг частиц недостаточно. Необходимы достаточно высокие сдвиговые напряжения, которые будут способны вытолкнуть эти дислокационные петли на границу частица — матрица. Высокие значения сдвиговых напряжений могут быть получены с помощью дислокаций. Следовательно, критерий разрушения слиянием пор должен включать как высокие напряжения шие деформации. [c.195]

Если наша цель состоит в разработке критерия вязкого разрушения в столь же общем виде, как и используемый критерий Гриффитса при хрупком разрушении, то эта цель пока еще не достигнута. Причина состоит в том, что простые модели, которые могут быть описаны теоретически, не соответствуют действительным сложным условиям. Мак-Клинток [62] отметил, что критерий хрупкого разрушения связан только с текущим напряженным состоянием, тогда как при вязком разрыве размеры пустот и их взаимодействие зависят от всей истории изменения напряжений и деформаций образца. Расчет требует количественной оценки каждой из следующих трех стадий возникновение, рост и слияние пор. Дислокационные представления пригодны главным образом для первой стадии, для второй и третьей стадий в связи с большими деформациями необходимы теории пластичности сплошной среды. Эти теории основываются на специальных моделях роста пустот, а критерии разрушения связываются с их слиянием. [c.76]

Б. И. Костецкий, И. Г. Носовский и Л. И. Бершадский [36], руководствуясь положением о едином дислокационно-вакансионном механизме схватывания и окисления, считают, что модель износа при высоких температурах состоит из нескольких этапов пластической деформации (текстурирования), структурной и термической активации металла, образования вторичных структур, их разрушения. [c.9]

Такой подход определяет возможность построения физической модели нормального трения и износа для выбора общих критериев оценки износостойкости и антифрикционности и разработки методов управления процессами трения и износа. В основу этой модели положены представления о едином дислокационно-вакан-сионном механизме схватывания и окисления. Модель может быть представлена четырьмя этапами I — пластическая деформация (текстурирование), II — структурная и термическая активация металла, III — образование вторичных структур, JV — разрушение вторичных структур. [c.36]

Следовательно, оценка особенностей разрушения бериллия при помощи критерия (2.44) позволила выявить наличие существенно слабого звена в этом металле - низкой прочности вдоль плоскостей базиса. Экспериментально многократно подтверждено [82-85], что разрушение бериллия развивается именно вдоль плоскостей базиса. Для объяснения этого факта привлекают модель разрушения Гилма-на-Рожанского-Стро [85], рис. 6.5, которая показьшает, что при анизотропии скольжения дислокаций в плоскостях базиса и призмы, а также при наличии моищых препятствий, в качестве которых могут выступать выделения интерметаллидов или оксидов, часть дислокационной стенки может затормозиться. При этом возникает микротрещина. Поскольку для скольжения дислокаций в плоскости базиса требуются наименьшие напряжения, т. е. она является плоскостью легкого скольжения, то и трещины в этом случае возникают именно между плоскостями базиса. [c.278]

Приведенные в работе данные, их обобщение и анализ представляют основу для дальнейшего развития как теоретических, так и экспериментальных исследований в области а) разработки новых физических моделей процесса хрупкого разрушения, основанных не на традиционных схемах неоднородности дислокационной структуры, а за счет реализации различного рода локальной неоднородности распределения ансамбля кластеров из точечных дефектов различной мощности и природы б) изучения основных закономерностей эволюции дислокационной структуры при испытаниях на длительную и циклическую прочность и физической природы усталости металлических и неметаллических материалов в различном диапазоне напряжений и температур в) расшифровки и интерпретации данных по низкотемпературному внутреннему трению металлических и неметаллических материалов и идентификащи их механизмов с учетом возможного влияния чисто методических эффектов (обусловленных спецификой метода и режима испытаний) на характер получаемой информации, а также выявления физической природы механизма старения материала тензодатчиков в процессе их эксплуатации г) получения количественной информации о кинетике, механизме и энергетических параметрах низкотемпературной диффузии (энергии образования и миграции вакансий и междоузлий, значения их равновесных концентраций и др.) д) развития теоретических основ и соз- [c.8]

На основании результатов анализа дислокационных процессов, протекающих в вершине трещины в цикле нагружения, Виртман [127] предположил, что разрушение материала в процессе роста трещины должно происходить не непрерывно в каждом цикле нагружения, а дискретно. Скачок трещины реализуется только после того, как произойдет упрочнение материала за некоторое число циклов. Основное допущение модели состоит в том, что продвижение трещины происходит после того, как достигнут определенный критический уровень напряжений переупрочненного материала. Из этой модели следует, что скорость роста усталостной трещины должна контролироваться К в четвертой степени. В дальнейшем с учетом данных Элбера [128] о неполной работе цикла нагружения, идущей на деформацию, раскрытие и разрушение материала в вершине трещины, Виртман предложил следующее соотношение [129] [c.126]

Полученные аналитические зависимости силы и коэффициента трения. Кристаллических тед, ,от плотности дислокаций, образующихся в поверхностях трения, а также формулы для оценки ведичины,. износа позволяют интерпретировать основные харак- теристики трения и изнашивания в дислокационных терминах. Они еще требуют детальной проверки на основе разработки надежных методов количественной оценки плотности дислокаций в контактной зоне, а также более совершенной модели деформации и разрушения поверхностных слоев при трении. [c.57]

Как уже отмечалось выше, пластическая деформация всегда предшествует разрушению и затем зачастую сопровождает его, в связи с чем важным является исследование свойств дислокаций. Первая математическая модель подвижной дислокации была построена Я. И. Френкелем и Т. А. Конторовой (1938). В дальнейшем работы по кинетике дислокационных структур и тонкой структуре ядра дислокаций были продолжены [c.425]

Е. Д. Щукин и В. И. Лихтман (1958, 1959) высказали следующее предположение относительно механизма хрупкого разрушения тел, имеющих произвольные дислокационные неоднородности. При разрушении металлов наблюдаются две основные стадии. На первой из них происходит зарождение и развитие равновесных трещин под действием скалывающих напряжений в местах с высокой концентрацией напряжений. На второй стадии трещины под действием нормальных напряжений переходят от равновесного состояния к спонтанному распространению по всему сечению монокристалла. Эти оба процесса, естественно, облегчаются при понижении свободной поверхностной энергии в результате внедрения поверхностно-активных частиц внутрь кристалла по дефектным участкам структуры. Такая модель мoжeт служить теоретическим обоснованием известного опытного факта о постоянстве произведения нормальных и скалывающих напряжений при хрупком разрыве, что позволяет выбрать эту величину произведения в качестве меры прочности монокристалла. [c.440]

Объединенный механо-электрохимический механизм. Основная проблема в установлении модели распространения трещины в аустенитных сталях, включающей значительную стадию, связанную с механическим разрушением, состоит в объяснении хрупкого эазрушения пластичных материалов. Предложен ряд моделей, в большинстве которых коррозия приводит к блокированию дислокаций и, следовательно, обусловливает хрупкое разрушение сплавов в условиях, при которых в других случаях будут иметь место пластическая деформация, или блокирование дислокаций понижает энергию, необходимую для разрушения [49, 60—64]. Такие предположения дают удовлетворительные объяснения коротких периодов развития трещин за счет механического разрушения, поскольку распространения трещины на более длинные расстояния не обнаружено [65]. Прямые доказательства разрушения по этому механизму отсутствуют. Большинство наиболее веских доказательств относятся к корреляции между дислокационной структурой (или энергией дефектов упаковки) и чувствительностью к коррозионному растрескиванию. Тем не мепее те же самые дислокационные представления используются для объяснения степени влияния пластической деформации на скорость растворения. [c.258]

Большинство из этих объяснений, по-виднмому, неверны, так как недавние фрактографические исследования [12, 13] показывают, что поверхность разрушения сталей с высоким сопротивлением коррозионному растрескиванию имеет более грубый излом, чем поверхность сталей с пониженным сопротивлением. Эти данные противоречат дислокационной теории, основанной на дефектах упаковки. Некоторые ферритные сплавы растрескиваются в растворах хлоридов так же, как и аустенитные стали, что-несовместимо с теориями, основанными на металлофизических концепциях. Поэтому, видимо, электрохимический механизм, основанный на модели Хора — Хайнеса, лучше всего объясняет наблюдаемые явления, несмотря на то, что эта модель ие позволяет объяснить, каким образом изменение состава сплавов изменяет влияние пластической деформации иа плотность тока. [c.258]

Модели Коттрелла, Орована, Фриделя [64—66] и других авторов, основанные на анализе явлений при пересечении дислокаций или при разрезании дислокационной сетки полосой скольжения, для рассматриваемого нами случая вряд ли пригодны, так как в металлах с гексагональной решеткой пересекающиеся системы скольжения при низкой температуре отсутствуют. Весьма медленное развитие процесса деформации при испытании сплавов титана на замедленное разрушение вновь позволяет сделать предположение о возможной существенной роли избыточных вакансий в механизме зарождения трещин. При этом в качестве основного источника вакансий считают само скольжение, в процессе которого вакансии образуются при [c.46]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...