Utmattningsskadamekanismer som motsvarar olika lutningsvinklar för CTB och belastningsaxel för kopparbikristall. Kredit:IMR
Korngränser är vitt spridda i metalliska kristaller och har stor inverkan på deras mekaniska egenskaper. Bland dem kan högvinklade korngränser (HAGB) stärka metalliska material, men spänningskoncentrationen vid HAGB leder ofta till utmattningsskador och sprickbildning. Med tanke på det speciella med interaktionen mellan tvillinggränser (TB) och dislokationer är det värt att klargöra om TB motstår utmattningssprickor eller inte.
Under det senaste tio decenniet har professor Zhang Zhefengs forskargrupp från Institute of Metal Research (IMR) vid den kinesiska vetenskapsakademin genomfört systematiska studier av utmattningssprickningsbeteenden hos olika tuberkulos, och några nya framsteg har nyligen publicerats i Framsteg inom materialvetenskap .
Forskarna upptäckte att inkluderad vinkel mellan den koherenta TB (CTB) och belastningsaxeln spelar en avgörande roll vid utmattningsskador. När CTB och belastningsaxeln har ett interaktionsvinkelområde på 20 o till 70 grader, initieras företrädesvis utmattningssprickor längs CTB. I andra fall initieras utmattningssprickor företrädesvis längs glidbanden.
När den inkoherenta TB (ITB) är vinkelrät mot belastningsaxeln, är dislokationer lätta att ackumuleras vid ITB, vilket leder till den preferentiella sprickbildningen vid ITB. När ITB är parallell med eller lutar belastningsaxeln, är töjningskompatibiliteten vid ITB bättre, och utmattningssprickor förekommer företrädesvis längs glidbandet.
Utmattningssprickningen vid TB i polykristall är relaterad till staplingsfelsenergin (SFE) och orienteringen. Ju lägre SFE är, desto större orienteringsskillnaden mellan de två sidorna av TB är, desto lättare är det att utmattningen spricker längs TB; och tvärtom är glidbandet mer benäget att utmattningssprickor. När det gäller Schmid-faktorskillnaden (ΔΘ) och SFE, fastställdes ett kvantitativt kriterium för utmattningssprickor.
I kombination med tidigare studier om utmattningssprickningsbeteenden hos HAGB och lågvinkel GB (LAGB), kan det fastställas att utmattningssprickningsmotståndet för olika GB minskar i storleksordningen HAGB> TB> LAGB, medan TB-sprickning eller inte beror på SFE och kristallografisk orientering.
Utmattningsskadebeteende hos ITB i kopparbikristall i olika vinklar mot belastningsaxeln. (a,b) ITB är vinkelrät mot belastningsaxeln; (c,d) ITB lutar mot lastaxeln. Kredit:IMR
Synergistisk effekt av staplingsfelenergi och kristallorientering på utmattningssprickningsbeteendet hos polykristallkopparlegering. Kredit:IMR
Utmattningsmotstånd hos olika typer av GB:LAGB> TB> HAGB. Kredit:IMR
