Определены условия зарождения трещин в материалах с фрагментированной структурой

В лаборатории физического материаловедения Института проблем машиностроения Российской академии наук (ИПМ РАН) – филиала ИПФ РАН – методом дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD) получены карты пространственных распределений ротационных мезодефектов при больших пластических деформациях железа.

Установлено, что стадия предразрушения характеризуется появлением локализованных объёмов материала, содержащих высокую кривизну кристаллической решетки. Проведён общий анализ условий зарождения трещины в упругих полях ротационно-сдвиговых мезодефектов, формирующихся на границах зёрен деформационного происхождения. Установлено, что зарождение трещин наиболее вероятно на участках фрагментированной структуры, характеризующихся высокими градиентами разориентации кристаллической решётки порядка 12–14 град/мкм. Показано, что наведённое зернограничное проскальзывание существенно облегчает зарождение трещин. Полученные результаты могут найти применение при построении теории вязкого разрушения и разработке методов диагностики прочностного состояния металлов.

Результат получен при поддержке Российского научного фонда, грант № 21-19-00366.

а)
б)
в)
Рисунок 1 – Особенности дефектной структуры железа на стадии предразрушения: а) – области с высокой упругой кривизной (EBSD); б) – наличие участков с высокой дисклинационной плотностью (EBSD); в) – микротрещины и микропоры (TEM)
а)
б)
Рисунок 2 – а) Карта критических значений мощности (wt, wcr) и протяженности (2a) ротационно-сдвиговых мезодефектов, при которых возможно зарождение трещины; б) влияние зернограничного проскальзывания на критические параметры мезодефектов.

Авторы: Рыбин В.В., Перевезенцев В.Н., Кириков С.В., Пупынин А.С.

Публикации:

  1. S.V. Kirikov, V.N. Perevezentsev, A.S. Pupynin // Russian Metallurgy, V. 2023, N. 4, p. 375–382.
  2. S.V. Kirikov, V.N. Perevezentsev, A.S. Pupynin // Physics of Metals and Metallography, 2023, Vol. 124, No. 8, p. 831–838.
  3. В.Н. Перевезенцев, С.В. Кириков // Проблемы прочности и пластичности, 2023, том 85, № 3, с. 415-422.
  4. N.Y. Zolotorevsky, V.V. Rybin, E.A. Ushanova, and V.N. Perevezentsev // Letters on Materials 13 (4), 2023 p. 329–334.