2.1.5. НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Физические модели хрупкого разрушения в области температур 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

В принятом нами подходе концепция эффективных напряжений развита на случай, когда Предполагается, что первые микротрещины могут зарождаться от дислокационных скоплений, образовавшихся при а Очевидно, что максимальные локальные напряжения в этих скоплениях определяются эффективными напряжениями Условие

зарождения микротрещин для таких скоплений сформулировано в виде (2.7). Можно сказать, что это условие дает нижнюю оценку напряжения [критическое значение эффективных напряжений получено из уравнения (2.7)] и соответственно пластической деформации при которой начинается генерация микротрещин. Дело в том, что функция монотонно возрастает с ростом крайней мере, для исследованных нами материалов). Поэтому условие зарождения микротрещин (2.7) при будет безусловно выполняться.

Довольно успешное применение предложенного подхода для описания хрупкого разрушения позволяет сделать вывод, что формулировка критерия зарождения микротрещины в терминах эффективных напряжений для является весьма продуктивной.

Помимо члена отражающего вклад дислокационных скоплений в зарождение микротрещин, уравнение (2.7) содержит величину что позволяет учесть роль нормальных (отрывных) напряжений. Такая структура условия зарождения разрушения дает возможность описать зависимость условий зарождения микротрещины от жесткости напряженного состояния и температуры. Жесткость напряженного состояния определяет вклад нормальных напряжений в зарождение микротрещины: так, например, для образца с надрезом (рис. 2.20) и для образца с трещиной при величина при зарождении микротрещины составляет примерно соответственно. Для выполнения условия (2.7) пластическая деформация будет больше для образца с надрезом [при , см. рис. 2.21,а), чем для образца с трещиной (в первом структурном элементе около вершины трещины При увеличении температуры деформирования, если жесткость напряженного состояния мало меняется, возрастает величина пластической деформации, при которой происходиит зарождение микротрещины, как в случае растяжения образца с надрезом в диапазоне температур от —196 до -60 °С (см. рис. 2.21 и 2.22).

Кроме указанных закономерностей, из предложенного критерия зарождения хрупкого разрушения следует, что зарождение острых микротрещин (способных инициировать хрупкое разрушение) может наступать на более поздних стадиях деформирования, чем зарождение пор, контролирующих вязкое разрушение материала. Принципиальная возможность реализации указанной ситуации была показана в подразделе 2.1.2.2, где зарождение пор и острых микротрещин рассматривалось по дислокационным механизмам в матрице.

Здесь нам бы хотелось остановиться на иллюстрации подобной ситуации при зарождении несплошностей на включениях различной природы. Известно, что зарождение несплошностей

на включениях происходит в результате отслоения включения от матрицы или разрушения включения [117, 222]. В том и другом случаях инициатором зарождения разрушения чаще всего выступают дислокационные скопления, эффективными барьерами для которых являются включения.

Рассмотрим, в каких случаях - зарождение микронесплошности на включениях приводит к образованию острой микротрещины, а в каких — поры. При зарождении микротрещины на включении, для того чтобы инициировать хрупкое разрушение матрицы, микротрещине нужно преодолеть межфазную границу между включением и матрицей, т. е. некоторый эффективный барьер, мерой которого является эффективная поверхностная энергия межфазной границы. В случае непрочных включений или непрочных связей матрица — включение (например, крупные включения сульфидов марганца или глинозема зарождение микротрещины будет происходить при небольших пластических деформациях и малых скоплениях дислокаций у включений [см. уравнение (2.7)]. Движущей силой прорастания микротрещины по включению или по межфазной границе в основном является энергоемкость дислокационного скопления, так как вклад внешних напряжений при малой длине зародышевой трещины невелик [121]. Процесс зарождения микротрещины происходит за счет свала дислокаций в образующуюся несплошность. Поскольку в данном случае энергоемкость дислокационного скопления мала, то вполне вероятно, что зародышевая трещина не сможет преодолеть межфазную границу, притупится и превратится в пору.

В случае зарождения микротрещин на прочных включениях (например, на карбидах) необходимы высокие локальные напряжения и, следовательно, большое скопление дислокаций. Поскольку энергоемкость такого скопления будет высокой, то зародышевая трещина может преодолеть межфазную границу и при выполнении условий страгивания и распространения привести к хрупкому разрушению. Очевидно, что такие микротрещины будут зарождаться при больших пластических деформациях, чем трещины, зарождающиеся на непрочных включениях.

Следует также отметить, что при анализе хрупкого разрушения параметр в (2.7) и (2.10) отвечает прочности такого включения, на котором происходит зарождение микротрещины, способной нестабильно (хрупко) развиваться. Аналогичный уравнению (2.7) критерий может быть использован для анализа зарождения пор, но в этом случае будет отвечать прочности слабых включений, т. е. будет меньше, чем идентичный параметр, используемый при анализе хрупкого разрушения.