CC BY
31
УДК 539.3
ДИСЛОКАЦИОННАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ ПРИ ОСТАНОВКЕ И ЗАЛЕЧИВАНИИ ТРЕЩИН В КРИСТАЛЛАХ
© Ю.И. Тялин, В.А. Тялина
Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Россия, e-mail: tyalin.tsu.tmb.ru
Ключевые слова: трещина; дислокация; залечивание; кристалл.
Приведены результаты компьютерного моделирования формирования дислокационной структуры в вершине остановившейся трещины. Показано, что трещина может частично залечиваться в результате обратимого движения дислокаций в пластической зоне.
В настоящей работе рассмотрена связь пластического течения в вершине трещины с возможностью ее частичного спонтанного и искусственного залечивания. Моделирование дислокационной структуры в вершине трещины и сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными при остановке трещины для щелочно-галоидных кристаллов приведено в [1, 2]. Особенностью предложенной модели пластического течения в вершине остановившейся трещины является представление ее состоящей из двух стадий. Первая из них соответствует нагруженному образцу, а вторая -трансформации пластической зоны после его разгрузки. При этом на второй стадии процесса мы имеем дело с обратимой пластичностью под действием сил взаимного отталкивания дислокаций и изображения. Максимальное пластическое раскрытие трещины будет иметь место на первой стадии процесса. Число испущенных дислокаций N будет зависеть от величины нагрузки и напряжений трения. Доля дислокаций М2, сваливающихся в трещину при разгрузке образца, может быть довольно значительной и достигать половины от числа испущенных дислокаций (рис. 1). На такую же величину будет уменьшаться и вскрытие трещины. Таким
Рис. 1. Зависимость (А^А^/^от напряжений трения: 1 -симметричный случай; 2 - асимметричный
образом, после снятия нагрузки берега трещины частично смыкаются, остаточное же вскрытие будет пропорционально числу остающихся в кристалле дислокаций (М-Ау.
Расчет плотности дислокаций р в линии скольжения (рис. 2) показал, что распределение дислокаций в линии скольжения не остается монотонно возрастающим по мере приближения к вершине трещины. Именно такое поведение р характерно для первой стадии процесса. Максимум на кривой 2 разделяет две области линии скольжения.
В головной части это область, в которой дислокации остались неподвижными. В ней напряжения, действующие на дислокации, не превышают напряжений трения. В области сместившихся дислокаций в хвостовой части плотность дислокаций уменьшается по мере приближения к вершине трещины. Для этой области имеет место равенство внутренних напряжений и напряжений трения т^.
Рассмотренные стадии формирования пластической зоны в вершине трещины протекают во времени достаточно быстро. Длительность первой стадии определяется условиями нагружения и остановки трещины, а второй - динамическими свойствами дислокаций. Суммарная длительность общих стадий может составлять —100 мкс. При попытке искусственного залечивания путем внешних воздействий можно влиять на величину напряжения трения. При уменьшение т„ например в результате разрушения стопоров или облегчения их преодоления, возможно дальнейшее уменьшение дислокаций в пластической зоне.
В дальнейшем влияние внешних факторов (температуры, облучения, ультразвука и т. д.) учитывалось уменьшением величины т по сравнению с её значением
на первой стадии т° .
Поскольку максимальные по величине напряжения действуют на крайние дислокации скопления, то именно они первыми придут в движение, если удерживающие их силы торможения т начнут уменьшаться. Поэтому с уменьшением т^ возможны дополнительный
Рис. 2. Плотность дислокаций в хвостовой части линии скольжения: 1 - нагруженный образец; 2 - после разгрузки
Рис. 3. Изменение числа дислокаций в линии скольжения в зависимости от напряжений трения: 1 - N1- N2; 2 - число неподвижных дислокаций; 3 - А2
выход дислокации из хвостовой части линии скопления на поверхность трещины и увеличение длины линии скольжения. Первый эффект будет приводить к тому, что будет уменьшаться плотность дислокаций в хвостовой части линии скольжения и максимум её будет смещаться от вершины трещины. Расчёты показали, что перестройка дислокаций происходит в основном в хвостовой части линии скольжения. И только при уменьшении напряжений трения более чем вдвое от первоначальной величины начинается движение дислокаций в головной части скопления.
Длина линии скольжения начинает увеличиваться, а плотность дислокаций становится меньше исходной по всей длине скопления. Количественные характеристики изменения числа дислокаций в линии скольжения при уменьшении ts приведены на рис. 3. Видно, что при уменьшении напряжений трения все большее число дислокаций выходит на поверхность трещины.
Для указанного диапазона Ts конечное число дислокаций может составить третью часть от общего числа дислокаций, испускаемых вершиной трещины при её остановке. Таким образом, результирующее вскрытие трещины может быть уменьшено за счет дополнительного выхода дислокаций из линии скольжения на поверхность трещины под влиянием внешних воздействий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Тялин Ю.И., Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Куранова В.А. Аналитическая оценка распределения дислокаций в вершине остановившихся трещин // Физика твердого тела. 2000. Т. 42. № 7. С. 1253-1255.
2. Тялин Ю.И., Тялина В.А., Золотова Д.В., Бутягин А.А., Осипова Е.Н. Структура полос скольжения, формируемых в вершине трещины при ее остановке // Деформация и разрушение материалов. 2008. № 3. С. 23-26.
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Tyalin Yu.I., Tyalina V.A. Dislocation plasticity during stop and healing of cracks in crystals.
The results of computer modeling of forming dislocation structure in the peak of stopped crack are given. It is shown that the crack can be healed partially as a result of reversed movement of dislocations in plastic zone.
Key words: crack; dislocation; healing; crystal.
