2. Механизмы зарождения трещин

Механизмы зарождения трещин при хрупком и вязком разрушении качественно не различаются. Для зарождения трещины всегда необхо­димо скопление дислокаций у препятствия или пересечение двойника с границей. Считается, что микротрещины в момент зарождения име­ют длину -КГ⁴ мм.

Наиболее часто трещины возникают у вершин скоплений дислокаций вблизи каких-либо барьеров: включений избыточных фаз, границ зерен, двойников и т.д. В непосредственной близости от барьера (рис. 1.4) крае­вые дислокации в плоском скоплении могут под действием напряже­ний оказаться настолько тесно прижатыми друг к другу, что их экст- раллоскости сливаются, а под ними образуется зародышевая микро­трещина.

Эта схема прямо предполагает необходимость некоторой пластиче­ской деформации, достаточной для образования дислокационных ско­плений. Трещина образуется в плоскости, перпендикулярной плоско­сти скольжения дислокаций, под действием растягивающих напряже­ний' в результате концентрации касательных напряжений в головной

17

части скопления. Расчеты показывают, что под действием такой моде­ли трещина возникает при величине локальных касательных напряже­ний у вершины скопления 10^-1 G. Этому соответствует образование скопления из 10² - 10³ дислокаций.

Микротрещина

Рис. 1.4. Схема зарождения микротрещины при скоплении дислокаций у препятствия

В металлах с ОЦК-решеткой трещина может образоваться по моде­ли, предложенной Котреллом (рис. 1.5). Схема Котрелла не требует наличия барьеров для дислокаций в исходном состоянии. Барьеры, а затем дислокационные скопления и трещины образуются в результате пластической деформации.

Рис. 1.5. Схема зарождения микротрещины при пересечении двух плоскостей скольжения

Часто зарождение трещин наблюдается в месте встречи двойника деформации с каким-либо прочным барьером, например границей зерна или другим двойником. Двойники распространяются с высокой скоростью, и возникающие при столкновении с препятствием напря­жения не успевают релаксировать. Особенно благоприятные условия для зарождения трещин создаются при встрече растущего двойника деформации с ранее образовавшимся, для которого было характерно другое направление двойникования. В этом случае концентрация на­пряжений в месте встречи особенно велика.

В условиях сильно развитой межзеренной деформации увеличива­ется вероятность зарождения трещин на так называемых тройных стыках - границах перемещающихся один относительно другого кри­сталлитов.

Рассмотренные схемы зарождения трещин показывают, что разру­шение металлов с разной решеткой и микроструктурой может начи­наться по-разному. Но в итоге сопротивляемость металла или сплава разрушению и характер разрушения определяются условиями, в кото­рых оказывается возникшая по тому или иному механизму микротре­щина. Поэтому вторая стадия разрушения - стадия распространения трещины - является решающей.