Усталость металлов. Деформация и разрушение при длительном статическом нагружении. Механические свойства при ударных нагрузках, страница 7

Предложено по крайней мере шесть различных механизмов зарождения усталостного разрушения, каждый из которых в состоянии объяснить лишь некоторые особенности процесса. Кратко рассмотрим два из них.

1. Механизм Коттрелла – Халла  предусматривает образование выступов и впадин на поверхности в результате скольжения по двум системам плоскостей (рис. 211). За  время одного полуцикла напряжения источник S₁ генерирует дислокации, образующие на поверхности ступеньку А одного направления. Затем в том же полуцикле начинает действовать источник S₂ в другой плоскости скольжения, в результате работы которого на поверхности возникает ступенька В противоположного направления, а первый источник S₁ смещается относительно своей плоскости скольжения. При обратном полуцикле напряжения источник S₁ образует ступеньку С, не совпадающую по направлению со ступенькой А и отстоящую от нее на величину смещения, вызванного действием источника S₂ за прямой полуцикл напряжения. Аналогичным образом действие источника S₂ вызывает при обратном полуцикле появление ступеньки D, смещенной относительно В и не совпадающей с ней по направлению. Образовавшиеся таким образом впадины и выступы растут при последующих циклах нагружения. Механизм Коттрелла – Хала объясняет возникновение выступов и провалов в соседних полосах скольжения, однако согласно этой модели отдельная полоса скольжения должна приводить к появлению либо впадины, либо выступа по всей длине ее пересечения с поверхностью, что не всегда подтверждается экспериментальными наблюдениями.

Рис. 211. Механизм Коттрелла-Холла. Образование выступов и впадин в             результате скольжение по двум системам плоскостей.

а) Исходное состояние.

б) Работа источника S₁ в прямом полуцикле.

в) Работа источника S₂ в прямом полуцикле.

г) Работа источника S₁ в обратном полуцикле.

д) Работа источника S₂ в обратном полуцикле.

2. Механизм Мота связывает образование выступов на поверхности с циклическим движением винтовой дислокации (рис.212), которая за время первого полуцикла перемещается по одной поверхности полосы скольжения, а затем путем поперечного скольжения переходит к другой поверхности и движется вдоль нее при обратном полуцикле в противоположном направлении. В конце этого полуцикла дислокация снова возвращается на исходную поверхность в результате поперечного скольжения и контур ее движения, таким образом, замыкается. Следствием такого движения является перемещение объема материала, ограниченного контуром параллельно линии дислокации, на расстояние, равное ее вектору Бюргерса.

Рис. 212. Механизм Мота. Образование выступов на поверхности с циклическим движением винтовой дислокации.

Механизм Мота не может объяснить одновременное образование выступов и провалов. Кроме того, реализация схемы Мота должна предусматривать действие некоторого запирающего механизма, который преобразует колебательное движение дислокации в движение по замкнутому контуру. Предпринятый Кеннеди анализ запирающего механизма с участием барьеров Коттрелла – Ломера приводит к значительному усложнению рассматриваемой модели.

Образование выступов и провалов, связанных с ними устойчивых полос скольжения и зародышевых микротрещин наблюдается, как отмечалось выше, на ранних стадиях усталостного испытания. Следовательно, критической стадией усталостного разрушения является процесс распространения трещин. Между тем атомный механизм этого процесса совершенно не ясен. По-видимому, к вопросам распространения усталостной трещины применим энергетический подход Гриффитса. Однако специфические особенности циклического нагружения не дают возможности получить сколько-нибудь удовлетворительные количественные данные, которые можно было бы сравнивать с экспериментальными. Качественная картина распространения усталостной трещины довольно проста.