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 с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».