МОДЕЛЬ ЗАРОЖДЕНИЯ ПОРЫ НА КЛИНОВОЙ ДИСКЛИНАЦИИ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложена модель образования пор в процессе пластической деформации, в основе которой лежит идея о формировании трещины в поле упругих напряжений отрицательной стыковой дисклинации и последующем ее затуплении за счет аккомодационной пластической деформации. Проведен подробный анализ основных характеристик дисклинационной трещины. Получены аналитические выражения для коэффициентов интенсивности напряжений в ее вершинах, распределения плотности вектора Бюргерса и ее профиля раскрытия в зависимости от параметров материала и характеристик дисклинации. Исследованы условия стабильности симметричной микротрещины с дисклинацией, расположенной в ее центре. Для этой конфигурации дефектов получена зависимость величины пластического раскрытия трещины от мощности дисклинации, радиуса экранирования упругого поля и механических констант материала.

Об авторах

Владимир Николаевич Перевезенцев

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук”

Автор, ответственный за переписку.
Email: v.n.perevezentsev@gmail.com
SPIN-код: 1488-1589

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией физического материаловедения № 4021

Россия, ул. Белинского, 85, Нижний Новгород, 603024 Россия

Сергей Владимирович Кириков

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук”

Email: ksv.kirikov@yandex.ru
SPIN-код: 9347-3651

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, лаборатория физического материаловедения № 4021

Россия, ул. Белинского, 85, Нижний Новгород, 603024 Россия

Александр Сергеевич Пупынин

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук”

Email: pupynin.as@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6464-3422
SPIN-код: 6796-6293

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, лаборатория физического материаловедения № 4021

Россия, ул. Белинского, 85, Нижний Новгород, 603024 Россия

Список литературы

  1. Wilsdorf H.G.F. The ductile fracture of metals: a microstructural viewpoint // Mater. Sci. Eng. 1983. V. 59. P. 1–39. https://doi.org/10.1016/0025-5416(83)90085-X
  2. Wilsdorf H.G.F. The role of glide and twinning in the final separation of ruptured gold crystals // Acta Metall. 1982. V. 30. 1247–1258. https://doi.org/10.1016/0001-6160(82)90021-9
  3. Gardner R.N., Pollock T.C., Wilsdorf H.G.F. Crack initiation at dislocation cell boundaries in the ductile fracture of metals // Mater. Sci. Eng. 1977. V. 29. P. 169–174. https://doi.org/10.1016/0025-5416(77)90123-9
  4. Pollock T.C., Wilsdorf H.G.F. Beryllium fracture observed by in situ high voltage electron microscopy //Mater. Sci. Eng. 1983. V. 61. P. 7–15. https://doi.org/10.1016/0025-5416(83)90120-9
  5. Gardner R.N., Wilsdorf H.G.F. Ductile fracture initiation in pure α-Fe: Part I. Macroscopic observations of the deformation history and failure of crystals // Metall. Trans. A. 1980. V. 11. P. 653–658. https://doi.org/10.1007/BF02670703
  6. Gardner R.N., Wilsdorf H.G.F. Ductile fracture initiation in pure α-Fe: Part II. Microscopic observations of an initiation mechanism // Metall. Trans. A. 1980. V. 11. P. 659–669. https://doi.org/10.1007/BF02670704
  7. Furukimi O., Kiattisaksri C., Takeda Y., Aramaki M., Oue S., Munetoh S., Tanaka M. Void nucleation behavior of single crystal high-purity iron specimens subjected to tensile deformation // Mater. Sci. Eng. 2017. V. 701. P. 221–225. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.06.084
  8. Lim H., Noell P.J., Carroll J.D. Crystallographic orientation dependent fracture behavior in tantalum single crystals // Scr. Mater. 2021. V. 191. P. 76–80. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.09.017.
  9. Noell P.J., Carroll J.D., Hattar K., Clark B., Boyce B. Do voids nucleate at grain boundaries during ductile rupture? // Acta Mater. 2017. V. 137. P. 103–114. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.07.004
  10. Noell P.J., Sills R.B., Boyce B.L. Suppression of Void Nucleation in High-Purity Aluminum via Dynamic Recrystallization // Metall. Mater. Trans. A. 2020. V. 51. P. 154–166. https://doi.org/10.1007/s11661-019-05457-w
  11. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. Москва: Металлургия, 1986. 224 с.
  12. Zisman A.A., Rybin V.V. Basic configurations of interfacial and junction defects induced in a polycrystal by deformation of grains // Acta Mater. 1996. V. 44. P. 403–407. https://doi.org/10.1016/1359- 6454(95)00155-8
  13. Romanov A.E., Kolesnikova A.L. Application of disclination concept to solid structures // Progr. Mater. Sci. 2009. V. 54. P. 740–769. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2009.03.002
  14. Liu Q., Hansen N. Micro structural study of deformation in grain boundary region during plastic deformation of polycrystalline aluminium // Mater. Sci. Eng. A. 1997. V. 234. P. 672–675. https://doi.org/10.1016/S0921- 5093(97)00300-6
  15. Рыбин В.В., Перевезенцев В.Н., Кириков С.В. Формирование оборванных дислокационных границ деформационного происхождения на фасетированных границах зерен // ФММ. 2018. Т. 119. С. 444–452 (2018). https://doi.org/10.7868/S0015323018050029
  16. Noell P.J., Sabisch J.E., Medlin D.L., Boyce B.L. Nanoscale conditions for ductile void nucleation in copper: Vacancy condensation and the growth limited microstructural state // Acta Mater. 2020. V. 184. P. 211–224. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.11.022
  17. Михайлин А.И., Романов А.Е. Аморфизация ядра дисклинации // ФТТ. 1986. Т. 28. №. 2. С. 601–603.
  18. Романов А.Е., Самсонидзе Г.Г. Диффузия в упругом поле клиновой дисклинации // ПЖТФ. 1988. Т. 14. № 14. С. 1339–1342.
  19. Marian J., Knap J., Ortiz M. Nanovoid cavitation by dislocation emission in aluminum // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. P. 165503. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.165503
  20. Lubarda V.A., Schneider M.S., Calantar D.H., Remington B.A., Meyers M.A. Void growth by dislocation emission // Acta Mater. 2004. V. 52. P. 1397–1408. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2003.11.022
  21. Traiviratana S., Bringa E.M., Benson D.J., Meyers M.A. Void growth in metals: Atomistic calculations //Acta Mater. 2008. V. 56. P. 3874–3886. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2008.03.047
  22. Bringa E.M., Traiviratana S., Meyers M.A. Void initiation in fcc metals: Effect of loading orientation and nanocrystalline effects // Acta Mater. 2010. V. 58. P. 4458–4477. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.04.043
  23. Sills R.B., Boyce B.L. Void growth by dislocation adsorption // Mater. Res. Lett. 2020. V. 8. P. 103–109. https://doi.org/10.1080/21663831.2019.1702114
  24. Bulatov V.V., Wolfer W.G., Kumar M. Shear impossibility: Comments on ‘Void growth by dislocation emission’ and ‘Void growth in metals: Atomistic calculations’ // Scr. Mater. 2010. V. 63. P. 144–147. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2010.03.001
  25. Nguyen L.D., Warner D.H. Improbability of void growth in aluminum via dislocation nucleation under typical laboratory conditions // Phys. Rev. Lett. 2012. V. 108. P. 035501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.035501
  26. Gutkin M.Y., Ovid’ko I.A. Disclinations, amorphization and microcrack generation at grain boundary junctions in polycrystalline solids // Phil. Mag. A. 1994. V. 70. P. 561–575. https://doi.org/10.1080/01418619408242248
  27. Zhou K., Nazarov A.A., Wu M.S. Continuum and atomistic studies of a disclinated crack in a bicrystalline nanowire // Phys. Rev. B. 2006. V. 73. P. 045410. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.045410
  28. Wu M.S., Zhou K., Nazarov A.A. Stability and relaxation mechanisms of a wedge disclination in an HCP bicrystalline nanowire // Modell. Sim. Mater. Sci. Eng. 2006. V. 14. P. 647. https://doi.org/10.1088/0965 0393/14/4/008
  29. Wu M.S., Zhou K., Nazarov A.A. Crack nucleation at disclinated triple junctions // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. P. 134105. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.134105
  30. Wu M.S., Zhou K., Nazarov A.A., Lim B.K. Atomistic simulations of disclinated cracks at triple junctions in nanocrystalline metals // Вопр. материаловед. 2007. № 4(52). С. 240–245.
  31. Nazarov A.A., Wu M.S., Zhou H. Computer simulation of crack formation in a nickel bicrystal nanowire containing a wedge disclination // Phys. Met. Metall. 2007. V. 104. P. 274–280. https://doi.org/10.1134/S0031918X07090098
  32. Ovid’ko I.A., Sheinerman A.G. Nanocrack generation at dislocation-disclination configurations in nanocrystalline metals and ceramics // Phys. Rev. B. 2008. V. 77. P. 054109. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.054109
  33. Kirikov S.V., Perevezentsev V.N., Pupynin A.S. On Crack Initiation Near Stress Sources with Weak Divergences // Phys. Metals and Metall. 2023. V. 124. P. 831–838. https://doi.org/10.1134/S0031918X23601257
  34. Kirikov S.V., Perevezentsev V.N. Analysis of the conditions for the existence of stable microcracks in an elastic stress field from a rotational-shear mesodefect // Lett. Mater. 2021. V. 11(1). P. 50–54. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-1-50-54
  35. Kirikov S.V., Perevezentsev V.N., Pupynin A.S. Features of crack propagation in the elastic field of wedge disclination combined with edge superdislocation // Lett. Mater. 2024. V. 14(4). P. 394–398. https://doi.org/10.48612/letters/2024-4-394-398
  36. Wu M.S., Zhou H. Analysis of a crack in a disclinated cylinder // Int. J. Fract. 1996. V. 82. P. 381–399. https://doi.org/10.1007/BF00013240
  37. Luo J., Zhou K., Xiao Z.M. Stress investigation on a Griffith crack initiated from an eccentric disclination in a cylinder // Acta Mech. 2009. V. 202. P. 65–77. https://doi.org/10.1007/s00707-008-0010-1
  38. Luo J., Xiao Z.M., Zhou K. Stress analysis on a Zener crack nucleation from an eccentric wedge disclination in a cylinder // Int. J. Eng. Sci. 2009. V. 47. P. 811–820. https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2009.05.006
  39. Zhao Y., Fang Q., Liu Y., Jiang C. Shielding effects of disclinations on the elliptical blunt crack // Int. J. Eng. Sci. 2013. V. 70. P. 91–101. https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2013.05.002
  40. Wu M.S. Characteristics of a disclinated Zener crack with cohesive end zones // Int. J. Eng. Sci. 2001. V. 39. P. 1459–1485. https://doi.org/10.1016/S0020-7225(00)00086-0
  41. Wu M.S. Characteristics of a Zener crack wedged open by a disclination dipole // Solid State Phen. 2002. V. 87. P. 277–300. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.87.277
  42. Paris P.C., Sih G.C. Stress Analysis of Cracks / In Fracture Toughness Testing and its Applications. ASTM STP. 1965. V. 381. P. 30–81.
  43. Лихачев В.А., Хайров Р.Ю. Введение в теорию дисклинаций. Ленинград: Изд-во Ленингр. ун-та, 1975. 183 с.
  44. Weertman J. Dislocation based fracture mechanics. World Scientific, 1996. 524 p.
  45. Калиткин Н.Н., Альшин А.Б., Альшина Е.А., Рогов Б.В. Вычисления на квази равномерных сетках. Москва: Физматлит, 2005. 224 с.
  46. Anderson T.L. Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications. CRC Press, 2005. https://doi.org/10.1201/9781420058215

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).