Распределение напряжений в полосах скольжения и некоторые структурные предпосылки трещинообразования при трении, страница 6

     Анализ силового поля в головной части плоского скопления даёт основание предполагать существование двух механизмов зарождения трещин; один из них приводит к нарушению сплошности материала в полосе скольжения, а второй под углом 63º — плоскости скольжения. Однако необходимо отметить и одновременную реализацию этих механизмов.

     Рассмотрим полосу из двух и трёх полос скоплений, отстоящих друг от друга на расстоянии 140 Å. В случае двух плоских скоплений (рисунок 4.4) между линиями скольжения появляется дополнительная область напряжений противоположных знаков с границей М2N2, в начальной части которой выделяется сегментная зона O2L2 с униполярным характером напряжений и величиной градиента упругих напряжений на границе ~ 1019  Па/Å. Кроме того, начиная с 10 Å от головных дислокаций полосы, под углом 56 º к плоскостям скольжения возникают две клиновидные области изменения знака напряжения (D2C2Q2 и F2E2H2) способствующие появлению ротационных структур – дислокаций. Учитывая образовавшуюся картину упругонапряжённого состояния впереди двух плоских скоплений дислокации в полосе скольжения и описанные выше механизмы разрушения можно сделать следующие выводы:

     - в силу наличия больших градиентов упругих напряжений (~ 1018  Н2/А) образуются микротрещины на линиях C2Q2  и E2H2;

     - появляются серии микротрещин вдоль наклонных границ C2D2 и E2F2 под углом 56º к соответствующей плоскости скольжения;

     - возможно образование новых и стимулирование существующих нарушений сплошности на границе сегмента O2L2.

     Для трёх плоских скоплений картина силового поля несколько изменяется. На расстоянии 10 Å от головной части симметрично относительно средней линии M2N2 появляется новая клиновидная область К3M3I3 со скачком упругих напряжений по границам ~ 1018  — 1016  Па/Å. Вершины клиновидных областей D3C3Q3 и H3E3F3 сместились от головных дислокаций на расстояние ~ 30 Å, а угол раствора с направлением скольжения остался прежним. Для трёх плоских скоплений возможна серия нарушений сплошности по линиям C3D3, C3Q3, E3H3, E3F3. В точке М3 может образоваться пучок ветвящихся микротрещин, развивающихся по линиям М3К3, M3N3 и M3I3.

     Таким образом, несмотря на незначительное перераспределение дислокаций при формировании полосы скольжения, поле напряжений в головной части плоских скоплений существенно изменяется и растёт число возможных систем разрушения. Наличие в головной части полосы скольжения дислокаций больших неоднородностей упругих напряжений способствует появлению ротационной неустойчивости пластический деформации и постепенному образованию трещин.

     Безактивационное образование трещин впереди головной части дислокационных скоплений при обычных видах нагружения не всегда вызывает разрушение материала, поскольку оно сопровождается релаксацией местных напряжений и трещина может прекратить своё распространение. Однако при трении даже безактивационный механизм зарождения трещин эффективен, так как связан с развитием широких полос скольжения с высокой плотностью дислокаций в них (ρ = 1015  — 1016 м-2). В результате сильного локализованного сдвига в головной части этих полос и охрупчивания материала, обусловленного уменьшением энергии  поверхностных связей в присутствии жидкой смазочной среды, у подножия ступенек сдвига образуются серии микротрещин, которые могут автономно распространятся в поле приложенных напряжений через зону сдвига путём совместного слияния. Раскрытию и движению трещин способствуют и сопутствующие факторы фрикционного нагружения, являющиеся активационными источниками: расклинивающее действие молекул смазочной среды в вершинах трещин, влияние ПАВ на снижение скалывающих напряжений, термоциклирование в пятнах фактического контакта, обусловленное вспышками температуры и т. д.