Типы микромеханизмов. 
Механика разрушения

Раскол (тип 1). При достаточно низкой температуре пластическое течение снижается до минимума и разрушение происходит в результате быстрого развития врожденного (inherent) дефекта размером 2а. Разрушающее напряжение при этом.

.

где Gс — вязкость разрушения, 2а — размер дефекта или наиболее длинной трещины.

Раскол (тип 2). Если ни один из дефектов не достигает критического размера, то в результате микропластической деформации (скольжения или двойникования) могут образоваться мелкие трещины, и разрушающее напряжение будет равно.

.

где d — размер зерна. Отметим, что здесь f > y (y — напряжение микротечения) и деформация при разрушении f < 1%.

Раскол (тип 3). С повышением температуры и снижением напряжения текучести могут развиваться значительные пластическое деформации (до 1—10%), прежде чем произойдет внезапное катастрофическое разрушение в результате раскола. Пластическая деформация в этом случае вызывает возрастание Gс, а следовательно и f, в результате чего трещина притупляется, что может привести к стабильному росту трещины без катастрофического внезапного разрушения.

Весьма незначительные изменения текстуры, содержания примесей и температуры могут способствовать развитию либо внутри-, либо межзеренного разрушения; в дальнейшем будем называть первый случай расколом (типы 1, 2, 3), а второй — хрупким межзеренным разрушением (BIF, Brittle intergranular fracture, 1, 2, 3).

Вязкое разрушение. Вязкое разрушение начинается с зарождения и быстрого роста внутризеренных пор. Отсюда следует, что оно определяется размером дефектов (поры, включения) и расстоянием между ними. Их росту способствует концентрация напряжений; наблюдающееся при этом слияние пор в области локального сужения ведет к разрушению.

Вязкое разрушение обычно идет по телу зерна, но если включения выделяются преимущественно по границам зерен, становится возможным волокнистое вязкое межзеренное разрушение.

Твердые включения в мягкой матрице вызывают искажения локальных полей напряжений, и создающиеся концентрации напряжений могут привести к разрушению включения или к его отделению (отрыву) от матрицы. Возникшая таким способом пора первоначально удлиняется со скоростью примерно в 2 раза превышающей скорость удлинения образца, но эта скорость постепенно уменьшается по мере того, как пора принимает эллипсоидальную форму. Окончательное разрушение происходит, когда высота эллипсоида 2h приближается к величине расстояния между порами 2l в результате локального сужения пластичной матрицы между порами. Исходя из этих предпосылок, можно показать, что деформация при разрушении пластичного материала равна.

.

где f — объемная доля пор, — постоянная материала, близкая к 1, С — разность скоростей деформации поры и матрицы.

Внутризеренное разрушение при ползучести. Если Т > 0,3 Tпл, металл деформируется посредством ползучести, развитие которой зависит от времени; напряжение течения зависит при этом от деформации. Простейшее выражение для скорости деформации имеет вид (степенная ползучесть, power low creep), где В и п — материальные постоянные; поры зарождаются в этом случае внутри зерен. Однако вследствие того, что пластическое течение при температурах Т > 0,3 Тпл зависит от времени, оно может происходить при весьма низких напряжениях, и процесс зарождения пор оказывается длительным. Более того, может замедляться также и процесс слияния пор. В итоге разрушение оказывается зависящим от времени.

Межзеренное разрушение при ползучести. В условиях долговременного действия низкого напряжения и, соответственно, при больших долговечностях может развиваться межзеренное разрушение. В такой ситуации проскальзывание по границам способствует зарождению пор и клиновидных трещин, нормальных к направлению действия растягивающего напряжения. Поведение материала в таком режиме с хорошим приближением может быть описано уравнением, где — долговечность (время до разрушения), — скорость установившейся ползучести. В основе этого соотношения лежит предположение о том, что разрушение происходит в результате степенной ползучести, которая контролирует зернограничное скольжение и, следовательно, зарождение пор, которое при этом занимает основную долю жизни металла. Если же основную долю жизни занимает процесс роста пор, то это контролируется диффузионными процессами, которые в свою очередь определяются степенной ползучестью окружающей матрицы.

Разрыв. Если все другие моды разрушения исключены, возможно значительное пластическое сужение площади поперечного сечения. Зарождение и слияние пор может оказаться подавленным динамическим возвратом и рекристаллизацией. Деформация локализуется в шейке или в полосах сдвига и продолжается до тех пор, пока площадь поперечного сечения не приблизится к нулю.

Динамическое разрушение. Это — мгновенное разрушение в результате быстрого приложения нагрузки, вызывающего образование в материале упругих и пластических волн.

Чисто диффузионное разрушение. Это — предельный случай разрушения при межзеренной ползучести, имеющий место при низких напряжениях и высоких температурах, когда становится возможным долговременная диффузия дислокации. Этот случай разрушения возможен лишь в определенных случаях.