Основные механизмы образования трещин

Известно, что зарождение микротрещин не может быть связано с упругим деформированием. В принципиальном отношении существующие сегодня взгляды не претерпели изменений с того времени, как А. В. Степанов (30-е гг.) выдвинул известное положение об ответственности пластической деформации за возникновение микротрещин. Однако развитие дислокационных представлений позволило количественно их сформулировать. Суть вопроса состоит в том, что на самых ранних стадиях пластического деформирования взаимодействие дислокаций приводит к образованию микрощели атомного масштаба. Предложено довольно много дислокационных механизмов и они весьма разнообразны. Идея модели слияния дислокаций основывается на представлениях о возможности слияния головных дислокаций в достаточно мощном скоплении, заторможенном у какого-либо прочного барьера, например у границы зерна (рис. 19). Расчеты, выполненные Стро, показали, что как только первые две дислокации скопления сольются с образованием микротрещины атомного размера, она получает возможность расти, и все остальные дислокации скопления сливаются в одну микротрещину.

Рис. 19. Возникновение микротрещин при слиянии дислокаций в вершине скопления.

Предложено большое количество других механизмов (рис. 20). Все механизмы можно разделить на несколько групп. Прежде всего это случаи, когда принудительное слияние экстраплоскостей многих дислокаций ведет к формированию полости. Далее следуют механизмы, связанные с заторможенным сдвигом, при котором возникновение микротрещины обусловлено полями упругих напряжений в голове скопления.

а — слияние головных дислокаций; б — вскрытие трещины в вершине заторможенного сдвига под действием нормальных напряжений; б' - разрыв в плоскостях, параллельных плоскости скольжения; в — вскрытие плоскости скольжения; г — вскрытие искривленной плоскости скольжения; г' - слияние дислокаций в пересекающихся плоскостях скольжения; д, д' - разрушение при пересечении плоскостей скольжения; е-е'''' - различные варианты возникновения микротрещин при пересечении плоскостей скольжения и образовании сбросов; ж — разрыв дислокационной стенки; з-з'' - варианты встречи двойников; и — встреча двойник-граница с возникновением трещин по спайности; и' - встреча двойник-граница с образованием трещины по зоне аккомодации; к — двойник своими дислокациями опережения стимулирует поверхностную микротрещину; л — двойник вскрывает трещину на поверхности своей упругой волной; м — формирование профиля микротрещины при локализованном скольжении; н — микротрещина в основании ступеньки; о — полоса скольжения инициирует трещину в хрупкой пленке, откуда она распространяется в матрицу; п-п''' - варианты возникновения микротрещин на межзеренном сочленении, атакованном поллосой скольжения; р — образование трещины на межзеренной границе, атакованной двумя полосами скольжения; с — образование микропоры на границе за счет проскальзывания; т — трещина возникает в хрупком неметаллическом включении и распространяется в матрицу.

Может наблюдаться вскрытие самой плоскости скольжения. Довольно четко объединяются схемы пересечения двойник-двойник, полоса скольжения-полоса скольжения. Существует вариант образования зародыша трещины при разрыве или частичном смещении дислокационной стенки. Следует, однако, иметь в виду то обстоятельство, что во многих случаях невозможно провести четкую грань между различными вариантами и исключить существование еще серии механизмов, отличных от рассмотренных.

В результате движения дислокаций, взаимодействия их с жесткими препятствиями и между собой возникают большие местные концентрации напряжений, которые могут вызвать образование трещин размером в несколько межатомных расстояний. Рассмотрим подробнее некоторые механизмы образования дислокационных трещин.

Какой из механизмов можно считать предпочтительным в случае технических поликристаллических материалов? Эксперименты показывают, что основным можно считать механизм образования микротрещин в карбидных частицах, действующих в ферритной матрице как мощные концентраторы напряжений, способные создавать зародыши разрушения уже при деформации 1%. Более 90% микротрещин возникает по этой причине.