Исследование процессов формирования фрактографического рельефа и его влияния на залечивание трещин в ряде монокристаллов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ



Bs Щ533-ЭХ p|7Wi73Qn

620.X9Î.SSî 539.4.0X4.3

Дсргдовз Иотаяая Вгаггорошз шввдвмов процессов «шшйшш ®ш<т«шсшго

гшод н шз шшяшш im зазшвшз тадш в тт

штшшшт

Й.Ш.О? - *йзкка тг-рдох'о толл.

Аоторофэря? днсеертйЦпЛ на cosorJîing учввеЗ СТСЕЭПЛ вявдгзштз .ÎIÏSJTÎ

Косхвз - 1994

Работа шнолнэва в Гсо^евскои-ие-Дояу института автоматЕав-цаи техпсигогни иайаносяровная

Заучшй руководитель - доктор техничоскях иаук8 профзооор

Кинкель В„М»

Офнцаалъкш оппонента - док-тор фазшсо-штеыатнчосках иоук,.

вэдаяЁ научный оогрудннк Курдшов Е.Г»

доктор фаашо-ыатеьштичеекых Еаук, щюфэссор ©здоров ВД.

Ьэдуцее прэдгрштие - институт кристаллографа!! РАЙ

Задата состоится 21 апреля 1334 года б 15 часов на заседании специалнзироЕанного 'Совоха К 053.G8.C3 вра Московском института стали и сплавов

Адрес института: 117936, Ыосква, Ш1-1, Лоникста! провшк?в4.

С диссертацией ыогно ознакомится в библиотеке Уоскоаз-кого института стали и сшшвов.

Стзнв в 2-г акз., заверенный пачатыз, просим шоилать 9 специализированный совет по указанному адресу.

Автореферат разослан " Щ " марта 1934 года.

УченыЗ секретарь специализированного

совета, кандидат $изико-математичаскнх /) у?

наук, ведущий научный сотрудник / МуковскиЗ Я.Ы.

ощш мижееиютюл ршян

Актуальность теки. Надежность к долговечность конструкционных материалов я изделий из них в значительной мера определяется наличием макроскопических дефектов структуры, к числу которых, в первую очередь, следует отнести трещины, Устранение их, по крайней мерэ частичное, позволяет добиться существенного увеличения прочности и поэтому занимает важное место и современном иатериаловедошщ . Вопроси откввдецяи трещин в твердых телах стали рассматриваться уже с середины шестидесятых годов. Однако, до настоящего временя остаются неизучаннн-111 многие аспекты залечивания, в частности, влияние межблочных х'рашщ наклона к кручения на восстановление сплошносяа разрушенных материалов. Это проблема теспо связана с вопроса-гш формирования к развития фрактографического рельефа в окрестности субгрвкнц, такаа нуядаищшяся в дополнительном изуче-щШо Интерес к этим исследованиями определяется тем, что суб-грапнци являются одним из наиболее частых нарушений периодичности кристаллической решетка, простираются на значительные расстояния, и ситуация с залечиванием вдоль границ будет кардинальным образом влиять но итоговую-прочность материала» Удобпкма модельными объектами, позволялакмя осмыслить физические принципы разрушения и залечивания в окрестности субзерея-т;х сочлонеплй, явяяятся фторид лптня н флюорит. Помимо экспэ-римоптпльгасс преимуществ, даваомах зташ кристалле;®!, опя жо-вт н вкрокоо практическое применение. К примеру, фязорят с редкоземельными добавками попользуется в качестве активной среды в лззорзх, а фторид лития - в различных устройствах ультрафиолетового диапазона. Это предъявляет определению требования к их прочноетньм харякторястякам.

Цель и эадгта исследования. Целью настоящей работы является изучение мехшшзмоэ распространения и залечивания трещиа » окрестности субграклц наклона и кручения в нонокряеталлячес-г.'лх материалах.

В работе ставились слэдутгрш задачи:

1. Псслодовзяйе особшпгсстоЯ движения трещин через суб-

ГрЗНИЦН 1ШКЛ0НЗ I! КруЧОПГЯ.

2. Биясиотю причин, иропятствуотлх закрытии трещин в области субгрзшш.

3. Исследование пластической деформации, сопрово-глдаой залечивание трещин б кристаллах с субзереншми границами.

4, Изучение влияния отжига на качество восстановлен сплошности кристаллов в окрестности разделенных трещиной -участков субграницы.

Научная новизна;

1. Обнаружено» что субграннцы наклона являются препятствием залечивании трещин продольного сдвига. В щелочно-галоиднцх кристаллах определено предельное значение угла разворота смежных блоков, при котором еще возможно полное восстановление сплошности.

2. Установлены предельные углы разорнентировки субзерец, при которых происходит залечивание трещин в окрестности винтовых субграниц.

3. 11а фра кт ографиче с кой поверхности обнаружено два типа рельефов, создаваемых ступенями скола. Предложена дислокационная модель, с поыодыо .которой выявлены условия двиаегащ ступенек.

4. Изучены процессы залечивания кристаллов с трещиной п условиях высоких температур. Оииарукок распад полости вдоль субграниц на группу изолированных пор.

5» Исследованы прзгеины торютовия трещин в ЩГК. Показано, что этот процесс контролируется йормой линии фронта. Из оспово псавдодислокациошюй модели рассчитаны упругие напряжения, отвечающие моменту остановки разрушения»-

6. С помощью метода декорирования кзучени дофоктн плоскости реанимации. Обнаружены дислокационные потли, убпращие несоответствие между берегами трещины продольного сдвига,

Практическая штюстт, работы.

Получешше о работа экспериментальные и расчетные данные свидетельствуют р пришрышалыгой возможности восстановления связей между берегами трещины в окрестности иересокаешх en оубграпвд наклона и кручения. Оценены предельные утлы разворота смежных блоков, при которых еае происходит звлечиванио трещин в ЩГК. Эти результаты могут найти непосредственное применение при разработке методики восстановления сплошности разру-авшшх кристаллических тел. Изучены механизмы формирования фрактографического рельефа, а также определены и исслбдоваш

причины ТОрМОЖОНЯЯ трвЩИН, ЧТО позволяет xvryfeo ОСМЫСЛИТЬ 1ЮКО-

Topwo оспэктм процесса скола. Бнводн ■работ wry? йть Полозова ш для развития теоретических прэдстявлоикЗ о механизмах разрушения и залечивания твэрдше тал.

Па защиту выносятся1 .слодутаиа положения;

1. Молоугловнв гранлцн наклона, перзезказмаэ трещиной продольного 5Ш5 поперечного сдвига, торглоэят ЙОЛ5ЧИВШШ0 МОШНфЯ-стзллов, создавая повязку поворхкостм разрушения.

2. РОПГОГ^ОЦ.Ш кристаллов О ТрЗЩЯЙОЙ В ОКрЭСТИОСТЯ винтовых субгрзкяц нропятстгчуот взадаюэ евдзнко двух систем стуло-ной скола, возникающих на поршве фэзктогрзфячзфсш: иоюрхтгостяп при пересечения вершиной трещины линяя граница,

3. Высокотемпературный,отжиг кристаллов с захвчджкй тро~ зптоЭ приводит к распаду единой полости'вдоль суйгрзяигш пэ группу пор. Этот процесс обусловлен перераспределение!«* газовой среди, заклиненной между фрзктогра-Зяпоскивд поверхност.ттгл при их смыкашш.

4. Процесс формирования ротаого узора, возннкавдого гфй пересечении трещиной скоплети винтовых дислокаций, состоит из двух стадиЗ: а), слияние ступеней ; б). прямолинейное незаписи-woo движение ступенек. Наблюдаемая закономерность находит объяснение па основа дислокационной модели вершины трещины.

5. Тормо.-оние скола в ЩГК обусловлено характером взаимного расположения соседних ступеней скола. Переход одной из них в ранг лидирующей зизниаот концентрацию напряжений в плоскостях ¿кольжонил перед вершинами обеих ступеней. Возрастание уровня напряжений до продела текучести шпщиирует дислокационное скольжоняз.

6. Метод декорирования позволяет визуализировать дислокационную структуру залеченной трощинн, которая предстамябт собой петли овальной £срмы, локо:цяо в плоскости раскола.

Апробзцля рпботн. Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуяцались на научти конференциях профессорско-преподавательского состава и семинарах кафедрн физи-1Ш Ростовского-на-Доиу института автоматизации технологии машиностроения (1906 - 1994 г.г.), семинарах яафодрм шталлово-дек'Я Ростовского-на-До!гу института сельскохозяйственного, машиностроения (1986 - I9S8 г.г.), научно-техническом семинара

"Методы повышения.конструктивной прочности металлически:; материалов" (г.Москва, 1988 г.), XII Всесоюзной конференции ífo физика прочности и пластичности металлов к сплавов (г. Куйбышев, 198Э г.), XEXI Всесоюзной конференции по физике прочности н пластичности металлов к сплавов (г.Самара, 1992 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитированной литературы, включающего 180 наименований, изложена на 108 страницах машинописного текста j содержит 2 таблицы н 56 рисунков.

П^блщюдии. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ведении обоснована актуальность теми диссертации, определена новизна и практическая значимость работы, перечислены положения, выносимые на защиту.

Глава I представляет собой обзор литературы, в котором анализируется современное состояние вопроса о механизмах разрушения кристаллических тел, характере и способах залечивания трехмерных дефектов сплошности. Па основе аналитического обзора литературы сформулирована цель и поставлены задачи настоящего исследования.

Глава 2 посвящэ.на изучению залечивания трещин в окрестное та калоугловых границ наклона н кручения в щелочно-гелоидних кристаллах. Трещина зарождалась лезвием в плоскости (001) и залечивалась посредством одноосных механических усилий или гидростатическим сжатием при давлешшх до 1,2 кбар. Для определен углов разориентировки субграниц использовался гониометр ГС-2 ц стандартная методика химического травления. Углы разворота субграшщ наклона составляли от секунд до 2,5°, крушншг-на превышали 40'. Кристаллы.о залеченной трещиной исследовались оптически на отражение. Вскрытые участки регистрировались по интерференционной картине, е расстояние ыезду берегами оценивалось по порядку интерференционного максимума.

Цересочение трещиной границы наклона приводит к образованна на фра&тографаческих поверхностях двугранных углов. Трещина в ЩГй, помимо моды нормального разрыва, имеет еще и моду

продольного сдвига. В результате медду поверхности®! разругавши на псом протяжении границы образуется зазор, высота которого определяется тремя параметрами: I). углом рэзоряонтировш? смея-них блоков j 2), углом меаду лянйей границы па поверхности раскола и направлением сдвига : 3). велкчшой относительного смо-щохшг берегов трещим в районе границы» Вели лити границы параллельна набавлению сдвкгл, ковязки мевду берегами из возпв-КввТ.

Для залечивания появившейся полости необходима пластическая деформация. В ЩГК она протекает посредством дислокационного скольжения. Изменение высоты иеспдослюсти происходит за счет изгиба берегов трещины. При этом минимальный радиус кривизгс? поверхности скола определяется предельно возможной плотностью дислокаций в иатериало, которая для исследуемых кристаллов LíF и На(£ составляет IO13 vT°. С учетом этого обстоятельства была оценена область, значений углов разворота субзорен к еолячшш относительного смещения берегов, для которых будет происходить восстановлений контакта мэдяу берегами трещины. Оказалось* что полное залечивание несплопшости возможно только для субворзн, разворот решеток которых не провшгает Io, Экспериментальные дашшо подтверздэот проведенные рзечеты.

IIo.vjiT.io двугранных углов, обусловленных собственно грзил-цоП, на фрактография кмеатся большое число ступеней скола, воь-никавщих, в частности, в результате действия раскаянвапзэго усилия но строго вдоль плоскости спайности. БОКОВНЭ фЗСОТКЯ ступе^а наклонены под углом 45° или 135° к плоскости (COI), В:, с от,, микроскопически регистрируемых ступеней составяяет (0Д+ 0,5) ми( при среднем расстоянии между ними (10 * 20) В результате продольного сдвига при скатил. вдоль с ту и с-не i. образуются пустотные каналы. Когда канал пересекается с субгропицаЧ или находится от нео на расстоянии, меньшем величины сдвига, рельеф поверхности разрушения розко'осложняется. С ростом плотности ступеней d наблюдается нзлинеЯиоо увеличение ширянн незалеченного участка вблизи субгранкцн. Такое сочетание копалов с границей затрудняет реанимацию и по достижении d=> (I30f 140) мм""1 в кристаллах с плотностью дислокаций 5 -IC^ и"4' делает залечивание невозможным.

При пересечении трещиной субгрэгоздн кручения возникает речной узор - система атомных ступенск, поэтапно ойьединящ^ос-

ся в более крупные. Экспериментальные данные свидетельствуют о той, что морфология речного узора в значительной мере зависит от угла между направлением разрушения и границей. Рассмотрение возможности залечивания кристаллов с трещиной в окрестности иа-лоугловых границ кручения проводилось для случая, когда фронт трещины параллелен линии границы, г! все элементарные скупеньки образуются одновременно. При атом угол встречи двух ступенек одинаковой высоты составляет ~12°, а их слияние происходит на расстоянии, примерно в пять раз большем начального интервала ыеаду ниш. Ситуация с залечиванием оценивалась в случае, когда только один из берегов имеет рельеф, а второй - гладкий.

Смыкание поверхностей происходит в результате пластического обтекания одним берегом трещины рельефа другого. Величина прогиба при этом должна быть равна высоте ступеньки. С учетом максимальной плотности дислокаций в материале определялось расстояние, на котором при данном радиусе кривизны гладким берегом будет выбрана обусловленная -ступенькой скола невязка. Когда это расстояние больше интервала между ступенями, контакт меаду берегами невозможен. По мере слияния ступеней, расстояние меаду ними увеличивается гораздо быстрее, чем их высота. Поэтому вероятность контакта с удалением от границы растет. Как показали расчеты, в непосредственной близости от субдеренного сочленения реанимация возможна только при углах разорнентировки менее з'.

Реальная ситуация менее благоприятна для залечивания в силу существования ступеней на обеих поверхностях и продольного смещения берегов трещины. Винтовые границы, вблизи которых наблюдались вскрытия, находились далеко позади фронта прошедшего разрушения (более 1000 мкм). На таких расстояниях относительный сдвиг поверхностей раскола в исследованных кристаллах составлял (1 + 5) мкм. В этих условиях вблизи субграниц совпадение рельефов невозможно, и восстановления сплошности не происходит не только при рааворотах субзерен 3', но и при меньших углах. Реанимация наблюдается только вдалеке от границы, где рельефы хорошо совпадают. Здесь плоскость залеченной трещины представляет собой участки восстановленной сплошности, разделенные каналами вдоль ступеней скола.

Если направление движения трещины совпадает с.линией границы или незначительно отклоняется от нее, реанимация еще более осложняется. Обусловлено это образованием в данном случае сверх-

высоких ступенек, размеры которых достигают (20* 50)мкм. Структуры такого рода представляют собой.не кристаллографически ограненную ступеньку, а систему микротращин с большим количеством щепок - кристаллических осколков материала. Прогиб берегов в этих условиях практически невозможен, и залечивания в окрестности такого рельефа не наблюдалось.

Глава 3 посвящена изучений особенностей фрзктографячэско-го рельефа и влияний на его формирование форш линии фронта. Разрушение материалов всегда сопровождается появлением ступеней скола. Экспериментальные наблюдения показывают, что в процессе овоего движения ступени образуют на берегах трещины два типа рельефов: сливающиеся или же параллельные друг другу ступеньки скола. Для выяснения условий объединения ступенек использовался энергетический подход.

Вершина трещины представлялась в вида кусочно-прямолинейной конфигурационной дислокации, состоящей из пята отрезков (рио.1 а). Направление Еектора Бюргерса дислокации выбиралось перпендикулярным (001). Тогда три горизонтальных во участка с краевой ориентацией отвечали разрушения по спайности, два наклонных смешанного характера - моделировали ступени скола, составляющие в ЩГК углы А5° и 135° с фрактогрзфическоЯ поверхностью.

Расчеты энергия (V/) дислокационной линии проводились для прямого (с1 =• 0°) и искривленного (0°< сЬ < 90°) фронта. Расстояние мояду ступенькам! ( £ д) менялось от 2 мкы, о их высота (Н.) - от с, 02 мкм до 10 нкмо Выбор минимальных значений я Я обусловлен уровнем, за которым новозможна экспериментальная проверка получошшх численных результатов оптическими средствами. Верхний продел изменения К устанавливался с учато?л того» что более высокие ступопя на шагл четкой кристаллографической от~ ранхи, и представление их прямолинейным отрезком становятся неприемлемым. В калаой сораи вычислений варьировалось только расстояние мехду ступеньками Ед, о кх высоте и величина параметра сЬ оставались ноизмшшымя.

Зависимости V/ «| ( Е. 3), ргзссчитошшэ для пряного фронта (<£ = 0°) со ступенями равной высота, проходят парез максимум (ркс.1 б), что указывает на возможность сближения кля удаления ступенек» При этом пределы измонегаи V/ для разных значений Н

ш

323

(03

Рно.Г, Дислокационная модель вораяни трещина о искривдвшш фрои-тсм (п) и графики зависимооти энергии от расстояния ыа.дду ступенями £ 3 при оЫ 0° (б) я 18° Ы для пар» ступенек одинаковой высоты п..

о : отрезки ®2 и отвечают ступеням скола, б-р В5 -разрушению по-спайности, Угол задает степень искрив -Л01шя линии фронта. 6:1 -И« 0,02 мкм ; 2 0,2 мкм; 3 - И» 2 мкм; 4 --Ь.«=

6 ша»; 5 -К = Ю мкм, в : I - Н= 0,2 мюл; 2 -К = 2 мкм ; 3 - 1г= б мкм ; 4 - а= 10 мкм.

составляют от 2,5% до 11$. С возрастанием Ь происходит постепенное сглгкиванке максимумов, 3 результате при 0,5шсм ¿{lé Юмкм на графиках появляются горизонтальнно участки, где изменение энергии на превышает 0,04$. В этих условиях варьирование расстояния мевду ступеньками практически но влияет па энергию системы, и становятся возможным их параллельное движете.

Таким образом, если проекция линии фронта пп плоскость разрушения - прямая линия, ira фрактогрзфической поверхности могут реолизовиваться два вида рельефов: сливающиеся и расходящиеся ступеньки или параллельные друг другу» Причем, как показывают расчетные данные, расположены они будут в определенной последовательности. Сразу после пересечения трещиной субграгащы образуются ступеньки высотой порядка вектора Еюргерса. Расстояния между пики определяются плотностью дислокаций в СГ и при разорзентировкз субзорен 9^5 в Щ1К ке превышают десятых долей микрона. Такие ступени будут сливаться. В процессе объединения высота ступенек К и расстояние между ниш t g увеличиваются, и по достижении !г= 0,5 мкм и t3 = (10 ¡-25) мкм верзилы ступенек начнут смещаться параллельно.

Сделанные выше заключения справедливы и для случая, когда фронт содержит неодинакова по высоте ступени. При расчетах высота одной из них но менялась и составляла I мкм, другой - варьировалась в пределах (0,02+ 10) мкм. Диаграммы,' соответствующие такой конфигурации линии фронта трещины, по сравнению о представлению,!!! на рис.16, имеют ряд отличий, которые свидетельствуют о том, что параллельное движение ступенек разлетной высоты более вероятно, чем одинаковых.

Если линия фронта искривлена (dt="0°), горизонтальные участки на графиках отсутствуют (рис.I. в). Ступени теперь могут только сливаться или удаляться друг от друга.

Результаты расчетов сравнивались о экспериментом. Оптические исследования поверхности раскола кристаллов ЩПС показали, что пересечение прямым фронтом трещины любого дислокационного скопления винтового характера всегда сопровождается слиянием ступенек. Затем, на расстояниях в несколько сотен микрон, этап объединения прекращается, и далее ступени идут параллельно друг другу. Двигаясь таким образом, они могут проходить до тысяч микрон. Именно такая последовательность развития рельефа следовала и из анализа теоретических графиков. Наблюдается со-

гласовзние между численными и оптическими данными и по порядку высоты ступенек и расстояний мевду ними. Если вершина трещины имеет криволинейную форму (сЬ > 0°). фрактографкческий рельеф представляет собой картину сближающихся и расходящихся ступенек (и в эксперимента - и в теории).

Опытные данные, вместе с тем, свидетельствуют о том, что при 0° распространение фронта, содержащего ступени стихла высотой в несколько микрон, имеет ряд особенностей. В частности, оптическое изучение поверхности разрушения в области остановки такого фронта показало, что величина угла с1 не превышает 27°. Сделанные наблюдения позволяют считать, что пара-пэтрсЬ играет важную роль в процессе торможения скола. Как известно, при остановке трещины уровень напряжений допускает пластическое течение материала. В связи с этим был рассмотрен вопрос о влиянии кривизны фронта на уровень и распределенао напряжений в области вершины трещины.

Форш трещины выбиралась в виде клина и моделировалась при помощи раскалывавших дислокаций, плотвость которых па всем протяжении клана оставалась неизменной. Линия псовдодислокации разбивалась на пять отрезков, три из которых (с чиото краевой ориентацией) отвечали участкам трещины в плоскости спайности, а два (со смешанной ориентацией) - ступеням сказа. Участок фронта медду ступенями аппроксимировался прямолинейным отрезком, который имел произвольный угол наклона сЦрисЛа). При оценке напряжений рассматривались равные ступени высотой 4 мал Прошгуток ыалду вершинами ступенек составляя 10 мкы.

Определение напрягениЗ, создаваемых одной линией раскалывающей дислокации, проводилось по формуле Пича-Келеро. Сушя-рование по всей длине трещины для каждой компоненты ©у проводилось методом Сшпсона. Составляющие тензора напряжений рассчитывались в плоскостях скольжения, характера для ЕЦК. Поля напряжений определялись на расстоянии 0,1 мае от линии фронта.

Изучение распределения 6у вдоль прямой = 0°) и нскрц-апенгюй (Р) границ разрушения ползало, что с уход ом вперед одной из ступеней в окрестности обеих ступенек происходит резкое увеличение сдьигоысс компонент напряжений, ответственных за дислокационное течение материала. Тек, при <{, = 30° о;га праваиавт свой первоначальный, соответствующий <£ -- 0°, уровень.: з 3 - II раз. С учетом характерных для нашего случая

длины трещины I см и максимального расхождения еа берегов 30 шсм, это отвечает касательным напряжениям ~4,8*10^ Па, что, в своп очередь, равно пределу текучести кристаллов ЦР.

С изменением параметра <Л меняются й нормальные компоненты тензора напряжений, причем эволюция их а окрестности отстающей (I) и опережающей (И) ступеней происходит совершенно различным образом. Боли нарастание А приводят у конца ступеньки I к увеличению нормальных составляющих 6 на несколько десятков процентов, то в области ступени II отмечается их спад. В связи с этим оценивалась неоднородность упругих деформаций СЬц) вдоль участка фронта, соединящегс оба ступеньки. Оказалось, что градиент деформаций проходит через максимум в области (2С*30)°. В этом яе интервала лежит и экспериментально наблюдаемый в ЩПС критический угол кривизны фронта при торможении трещины. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наличие в образце трещины с искривленным фронтом вызывает появление градиента деформации матрицы кристалла, что может приводить в образовании дислокаций пластической зоны.

Таким образом» выполненные расчеты показали, что форма лилии фронта играет важную роль в процессе остановки скола.Искривление границы разрушения создает в предвершинной области существенно неоднородное поле деформаций и напряжений. Рассчитанные градиенты и уровень и удовлетворяют' условии образования дислокационных петель. Их скольжение происходит под действием сдвиговых напряжений, возрастающих по мера увеличения параметра <А. В итоге, искривление фронта трещины способствует ое торможению.

Глава 4 посвящена изучению плоскости реанимации монокристаллов методом декорирования, который ранее для этих целей не использовался. В качестве объекта исследований использовались искусственные кристаллы флюорита (С8Р2). После зарождения трещины и ее залечивания механическим сжатием проводился отжиг дислокационной структуры плоскости реанимации при температуре 60О °0 в течение 6 часов. Для обеспечения оптимальных условий декорирования образец шлифовался, чтобы расстояние между поверхностью и плоскостью залечивания составляло не более 200 мкм. Затом кристаллы выдерживались в течение 30 нинут при 800 °С во влажной атмосфере. В результате реакции гидролиза про-

исходило образование и выпадение декорирующих частиц СаО толь линий дислокаций, Оптические исследования проводились в темном поле. Для повышения контрастности изображения поверхность образца покрывалась иммерсионной жидкостью, Размеры декорируицих частиц составляли (0,5+6) мкм, наибольшая глубина их проникновения - 350 ш>и Повышение влажности атмосфера отяига и длительности выдержки способствовали росту количества и величина частиц осадка.

По мере продвижения от поверхности в глубину образца, концентрация декорирующих частиц в плоскости Фокусировки монотонно уменьшается, Однако, на уровне залеченной трещины она возрастает в 5 - IÖ0 раз. Контрольные опыты позволили исключить предположение о том, что подобный характер распределения частиц СаО обусловлен адсорбированными на поверхности разрушения парами води.

Для объяснения аномального роста концентрации СаО в области реанимации сопоставлялось количество дислокаций в матрице кристалла и в плоскости залечивания. Основанием отому служат известные данные о формировании в процессе внсокотеицоратурно-го отжига пртгасных атмосфер вдоль дислокационных линий» Хими-ческоо травление профильных сколов образцов показало, что линейная плотность дислокаций на залеченной трещина придорио в 30 раз вше, чем вне ее. По порядку величию/ это совпадает с найгаздавиым cootiiokszüism декорируодкх частиц. Таким образом, более шгтенсивкйя кристаллизация СзО в плоскости трэщюш обусловлена дислокационной природой границу залечивания.

Метод декорирования позволил визуализировать структуру области реанимации. В кристаллах, подворгкутнх перед восстгшо-вдеккем сплоаности искусственному продольное/ сдвигу яри температуре ~БОО °С, обнаружены цепочки нетель размером 5x10 та. Эти скопления СзО отвечают дислокационным петлям, возн;1кйшг,кл в результате рассогласовать кристаллических решеток ¿ерегов образца, разделенных сдвиговой трещиной. При естестшгшом развороте поверхностей разруиения, не превшгзиаем 3", протяженность петель увеличивается примерно на порядок, к в этик условиях проследить их липло не удается,

В плоскости залечивания наблвдзется преимушсткмшсю декорирование ступеней скола. Плотность кипадения СаО на них, как правило, в 3 - 5 раз rase, чем на окруяагааих участка*. 3 целом, из ступенях крупнее к саки частицы, что обусловлено,

скорое всего, их смыканием вследствие высокой компактности расположения. Так, при диаметре частиц 1,5 шм среднее расстошие меяду го!?,« всего з 2,5 раза превышает это значение, Причиной избирательной кристаллизафга СаО вдоль ступеней является юс по-вьшитая элоктрячоская активность, свидетельствующая о неполном восстановлении здесь монзтошшх связей.

Характерным элементом плоскости реанимации является газонаполненные поры» Содорнащиеся в них пары пода слуяат допол;ш-тельнни источником-декорирования окруяавдого объема. В результате, непосредственно над анклавами частота выпадения Саб в 4-40 раз внаге» чем в их окрестности. Размеры мигфокор варьируются в очень широких пределах. При высота пор ~0,2 дам, величина площади сечения их плоскостью трещины колеблется в диапазоне от 3 мкм2 до 10'* imifi, составляя в среднем ~45 tm?. Весьма разнообразна и форма анклавов; от круглых в плане до линейных и ромбовидных. Наблюдается взаимосвязь меяду счертания-ми невязок я их размерами. При этом минимальную площадь инет овалыше, максимальную - ромбовидные порыа

Большая часть всех несплошностей {около 50 %) связана со ступенями около. В зто число на входят поры, расположенные одновременно к вдоль границ. fix количество от образца к образцу сильно меняется и составляет от 6% до ЗС$ вскрытой и от I % до 10% реанимированной поверхности. На долю невязок, появление которых обусловлено невыясненными причинами, приходится около 40£. Возможно, некоторые из этих воздушных линз формируются вокруг мельчайших кристаллических осколков материала.

Изучение окрестности винтовых границ в декорированных образцах флюорита подтверждает полученные нами ранее данные с том, что препятствием роанимацки служат ступени речного узора. Однако, картина вскрытых участков значительно отличается от наблюдаемой в ИГО и представляет собой н систему каналов или макроскопического размера полость, а группу изолированных пор. Возникают они при охлопывании берегов, когда в лабиринте сливающихся ступенек заклинивается воздух. Во вроют термической обработки происходит перераспределение газовой прослойки, поэтому анклавы расположены неравномерно. Последнее обстоятельство может быть обусловлено еще и "растворением" некоторых полоотей за счет испускания ими дислокационных петель. Но это указывая? донные химического травления, выявлявшие над порами повнэвнную

плотность ямок травления.

Ситуация вдоль краевых субграшц в Са!^ также расходится с наблюдаемой в ЩГК, где регистрируется сплошной канал, ширина которого плавно иеняэтся в зависимости от число пересекаэдих его ступеней скола. Носялошности т в СаР2 обладают замкнутыми, резко очерченными контурами. Отстоят они на расстояниях в десятки - сотни микрон друг от друга и вытянуты вдоль границы. Если субграняцу пересекают ступеньки скола, вскрытия локализованы ыезду парой соседних ступенек и линией границы, располагаясь справа или слева от нее. Для конкретных случаен с учетом параметров субграницы к величины смещения берегов трещины были сопоставлены возможный и образующийся в действительности объем невязки. Сказалось, что регистрируемые размори вскрытий провытают расчетные значения в 900- 14000 раз. Подобное рзсхоздешю объясняется штекакивм воздуха по системе пересекающих х'рлшш;; микроскопических каналов из других анклавов или окруямодэй образец средн.

Таким образом, метод декорирования позволил визуализировать целый ряд дефектов залеченной тракшш, шюпго из которых чисто микроскопически не фиксируются. 1С ним, частности, относятся дисяокэционнно петли в система ступеней скола р условиях, когда относительное смещение берегов составляет кете 0,3 да»?. Одним из глаыач: ироикущдств метода декорирования яяляотся тз-мощность комплексного исследования как самой плоскости реанимация, так и системы "залеченная трещина - матрице".

ШВШ

I, Установлено, что в !1£ГК при пересечении трещиной скола субхрзницц нзклонэ >тадду фрактогрз&йчесюпяи поверхностями образует ся' «ристаллсх'рзфйчсски ограненные полости сдвигового прояс-хоздекяя» При зелечявашгн трешин полное садканяв ът/.х полостей возмогло лвга. при углах разориектяровю; субзсржс иата 1°.

' 2, Установлено, что зглзчяшнш»'трещин в окрестиоста суб-граатц крученгя. пранятетвуот два фактора: I) ступени скола, во-зкякгпзкв при врохоэкегп:» трещиной граница: 2) продольно» емг-щогао йер^гой, ьызнвеащае рассогласование рельефов прстивопо-лшиях ••поверхностей. Восстановлений ооясовеоти непосредственно вдоль вгкгових граищ в ЩГК происходит при углах разориеитироь гея смежных блоков но болсо з'.

3. Носплояшость, возникающая при смыкании поверхностей разрушит вдоль субгрант наклона ют кручения, при темпарату-ро -V 0,5-Т!1Л( распадается на систетлу изолированных газонапол-пешшх пор. Сшт формируются в результате перераспределения воздушной прослойки'мваду.берегами трещины и занимают от I до 1С$ залеченной поверхности. Бисота пор составляет (0,1 + 0,4) ит.

4» Обнаружено, что ступетт скола, возникающие при Пересе-чшгаи фронтом трещины винтовой субграшщы, создают на фракто-графаческой поверхности два типа рельефов, расположенных в определенной последовательности. Вначале идет зона слияния ступеней, протяженность которой для субграниц с разоркентировкой от I до 40 минут составляет несколько сотен микрон. Затем следует область параллельного движения ступенек. Построена дислокационная модель вершины трещины, на основе которой определен« энергетические условия реализации каздого из рельефов,'

5. Экспериментально обнаружено, что в области остановки фронта трещины угол между направлением разрушения [too] и нормалью к линии фронта меяду двумя ступе шли скола <£, ко прзвыша-от 27°. Для объяснения влияния геометрии линии фронта на про-цеос торможения и остановки скола. предложена дислокационная модель трехмерной трещины, на основе которой проведен расчет паяя упругих напряжений в окрестности границы разруи&ния. Расчет показал, что з плоскостях скольжения, пересекающих вершины ступенек, сдвиговые напряжения при d~25° + 30° увеличиваются в 3-II раз. По данным численной оценки, величина этих напряжений превышает продел токую сти в ЩГК, что приводит к испускания дислокационных петель, образующих пластическую зону.

Б, Методом декорирования впервые изучены де^кты залеченной трещины. В плоскости реанимации визуализированы дислокационные петли размером 5мкм х 10 мкм. Они ликвидируют несоответствие кристаллических решеток частей образца, раздолетшх трещиной продольного сдвига,

Основные результаты диссертации опубликованы в рэботвх:

1. Финколь В.М., Дорохова Н.В. Влияние границ наклона на залечивание трещин в ЩГК // Физика твердого тела.- 1588.- Т. 30-- Bun.6.- С.1894-1896.

2. Финкель В.М., Дорохова Н.В. Залечивание трещин и к.рлс-

•галлах с винтовыми я смешанными субграпвдшк// Физика твердого тела,- 1988.- Т»30„-йдиИ,- С.3521-3523.

3. Фщпсель В.М., Дорохова Н.В. О формировании структуры фрактографпческой поверхности // Физика прочности и пластичности металлов и сплавов: Тез докл. XII Всесоюз. конф» 27-29 нюня 1989 года,- Куйбышев, 1989.- 0.1324-325.

4; Фанквль В.М., Дорохова Н.В. Декорирование залеченной трещины // Физика твердого тела»- 1990.- Т»32.- Вал. 10,- С.3136-31390

5. Финхель ВоЫ., . Дорохова Н.В. Декорирование плоскости залечивания // Физика прочности и пластичности металлов а епдввов: Тез. докл. Ш1 Всососэ. конф. 23 июня - 2 ншя 1992 года,- Самара, 1992 г,- Со137-188.

6. $шп;ель В,!.!,, Дорохова Н.В., Свфроков В.П. К вопросу.о слиянии ступеней скола // Физика твердого тела.- 1993,- Т.35,-Выл.8.- 0,2255-2258,

Подписано к печати 15,03.1994 г. Форг-ат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем I п.л. Тиршк 60. Заказ К- 365.

Типография РГУПС. 344017, Роетоз н/Д,

пя, им. Ростовского стрелкового полка народного

ополчения, 2.