Способ залечивания трещин в щелочно-галоидных кристаллах

 

(72) Авторы изобретения

В. П. Иванов, В, М. Финкель и О. П. Зайцева

l и (7l ) Заявитель

Тамбовский. институт химического машиностроения (54) СПОСОБ ЗАЛЕЧИВАНИЯ ТРЕЩИН

В ЩЕЛОЧНОГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛАХ

Изобретение относится к технической физике, а именно к повышению прочности, ! материала и может быть исйользовано для эалечивания трещин в кристаллических материалах..

Известны способы эалечивания трещин под действием всестороннего гидростати.ческого давления.

Эти способы заключаются в том, что 1о образцы. содержащие трещины длиной

3-IO -IO 5. см, подвергают при комнатной температуре давлению Р=8. атм.

При этом трещины залечивались и микроскопические нарушения сплошности по- !5 сле снятия нагрузки не наблюдались (I), Недостатками этих способов являются использование высокого-давления и образование области большой пластической деформации вбкруг залеченной трещины.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ залечивания трещин под совместным действием повышенных температур и малых нагрузок..

При. этом способе образцы, содержащие приповерхностные микротрещины, нагревались до 550-6000С. Одновременно к образцам прикладывалась .нагрузка меньше предела текучести. Приложение последней активирует диффузионный процесс залечивания микротрещин (2 j..

Недостатком этого способа является воэможность залечивать только приповерхнос тные микротрещины.

Цель изобретения - повышение прочности кристаллов за счет увеличения длины залеченной трещины, расположенной в любом месте образца.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу залечивания трещин, включающему нагрев образца до температуры рекристаллизации и одновременное действие нагрузки, меньшей предела текучести, воздействие нагрузки осуществляют путем изгиба образца в

3 96 направлении перпендикулярном направлению трещины.

Плоскость макроскопической трещины в щелочногалоидных кристаллах совпадает с плоскостью спайности(100). Следовательно возможны только два варианта взаимной ориентации плоскости трещины и плоскости изгиба ортогональная и параллельная. В предложенном способе рассматр.«ваются только трещины, плоскости которых параллельны главной плоскости инерции, и изгиб образца таким образом осуществлялся в направлении, 1 перпендикулярном направлению трещины.

Как показывают многочисленные экспе- рименты, эффект качественно не зависит от того, на каком расстоянии or нейтральной оси изгиба находится трепп«на, . Ha фиг. 1 приведена схема нагружения образца; на фиг. 2 - исходная структура кристалла; .на фиг. 3 - миироструктура кристалла, прошедшего обработку.

K кристаллу 1, содержащему трещину

2 прикладывают изгибающую нагрузку Р,.

Особеннос тью предложенного способа является то, что в изогнутом кристалле, содержащем трещину, ее противоположные берега всегда находятся в разных напряженных состояниях: одна плоскость растянута, другая — сжата. Такое напряженное состояние создает предпосылки для зарождения зернограничных дислока ций и облегчает процессы полигонизации.

Таким образом, схема изгиба образцов (трехточечный или четырехточечный) не имеет значения.

Пример 1. Кристаллические образцы МаСЯ и L«f со сквозной трещиной

30 мм, размерами 20<30х60 мм нагревают до температуры отжига -550-.600 С

Исходная стру««тура кристаллов показана на фиг. 2, Одновременно с нагревом образец подвергают механическому воздействию по схеме четырехточечного изгиба (фиг. 1). В результате длина трешины уменьшается до 10 мм. Микростру кт рнь«е исследования показывают, что1 на месте бывшей трещины в результате протекания процессов полигонизации образуется граница зерна (фиг. 3). Здесь представлейа протравленная поверхность, скола бикрйсталла „1F, где указанная стрелкой граница — след пересечения ее плоскости с плоскостью раскола )lOO), Вследствие протекания процессов рекристаллизации .в нзоогнутых кристаллах» область зерен вблизи бывшей трещины фра« -. ментируется после обработки на ряд 6.., «ов с границами, при избирательном" трав6122 4 ленин неотличимыми от большеугловой границы зерен при микроскопических исследованиях, Количественным параметром, 7 харак теризуюпп«м межкристаллитные сочленения является угол разворота, равный в опытах в различных образцах до lO, Многими экспериментами показано, что прилегающие границы субзерен значитель/ но меньших разориентации (до нескольких

«а мин). Йругим признаком полученной.гра ницы бикристал««а является также аоссгановление оптического контакта между двумя изогнутыми половинками после:«x отжига, хотя это и не является абсолютно

1 . достоверным признаком появления кристаллографической границы зерен. pro saneние наблюдается, например при схлопывании трещин в щелочногалоидных кристаллах после сдавливания, Поскольку не сухо ществует критериев для определения механической прочности "собственно границы зерна", (например, разрушение может в зависимости от условий испытаний проходить вдоль границы или по телу зерна) авторы ограничиваются известными диагностическими признаками, на основании которых и сделано утверждение о том, что вместо дефекта "трещина" появился новый дефект "граница зерна .

30 л Пример 2. Монокристаллы(со сквозной трешиной 40 мм, размерами

25<40»75 мм нагревают до температуры от,ю«га 550 600оС Исходная структура соответствует фиг. 2. Одновременно образцы изгибают по схеме четырехточечного изгиба (фиг. 1). Йлина трещины уменьшается до lO мм. Структура кристаллов, прошедших обработку показана на фиг. 3. Указанная цель иэобретения— повышение прочности материала считается достигнутой уже потому, что трещинаострый концентратор напряжений в крис: талле - эалечивается вовсе или уменьшает свои размеры. На месте бывшего дефекта образована граница зерна. Кристалл, 4S содержащий треп«ину слабо сопротивляется растягйвающим нагрузкам. Йля количест1венной оценки эффекта эалечивания otipeae- . ляется эффективная поверхностная энергия о методом раси«еплвния. При расщеплении бикристаллбв образцы препарируются таким

:образом, чтобы плоскость зародыша трещины совпала с плоскостью полученной границы зерна. Результаты показывают, что измеряемая величина после обработки кристаллов возврастет на порядок. Так, например, в кристалле, содержащем трещину гэф r 200 эрг/см, а в образцах с

22 6 шихся в приграничной зоне и никак не сказывается на характере эффекта.

Таким образом, использование предлагаемого способа в сравнении с известными позволяет залечивать трещины, находящиеся в любом месте образца и имеющие длину в несколько см, что значительно иовьчаает прочность материала.

Формула изобретения

Способ эалечивания трещин в щелочногалоидных крис. аллах, включающий нагрев образца до температуры рекристаллизации и одновременное воэдейс гвие на него нагрузки, меньшей предела текучести, о т л и ч а ю ш н и с я тем, что, с пелью повышения прочности кристаллов за счет увеличения длины залечиваемой трецины, расположенной в любом месте образца, воздействие нагрузки осуществляют путем изгиба образца в направлении, перпендикулярном направлению трещины.

Источники информации, принятые во внимание при экепертизе

:L. Дулин М. А., Паниотов Ю, Н., Стрельцов В. А. "Залечивание микротре-о шин в ОШС-металлах s условиях высокого гидростатического сжатия. Сб, Физика хрупкого разрушения", ч. 1, Киев

3.976, с. 88-90.

2, Бетехгин В. И„Кадомцев А. Г„

Петров А. И, Особенности при поверхностных трещин. Тезисы докладов 1Х Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов.

Куйбышев, 1979, с, 4.23 (прототип).

% 9661 участками залеченной трещины g> -=1 200 ерг/см, дополнительным фактором, 1 характериэукнцим качество полученьой границы, является то обстоятельство, что новая ц епина всегда проходит не по траектории бывшей границы раздела, а на некотором расстоянии or вновь обра зовавшейся границы зерен.

Пример 3, Кристаллы |, F со сквозной трещиной 25 мм, размерами

20<30<50 мм нагревают в печи до

550-600 С. Одновременно образец нагружается по схеме четырехточечного изгиба (фиг. 1) . Конечная длина трещи- ны составляет 5 мм. Мнкроструктурные исследования показывают, что трещина превращается в границу зерна (фиг. 3).

Контролирующим пропесоом в предложенном способе является полигонизация, в ходе которой участки полостей трещи- 26 ны вовлекаются в процессы зарождения эернограничных дислокаций и их направленного движения в поле напряжений пе- ременного знака. Полигонизания как наи более низкотемпературная стадия рекри- 25 сталлиэации протекает при любых температурных режимах и термическая обработка лишь ускоряет процесс. Температурный же порог рекристаллизации определяется полуемпирической формулой 3а . рак.= пЛ i где с - коэффициент, зависящий от многих факторов (деформация, содержание примесей, условия опыта, скорос "ь нагрева и др.).

3S

Величина конечного напряжения не превышает при данной температуре макроскопического предела текучести. Варьирование нагрузки приводит лишь к изменению плотности дислокаций, образовав966122

ßñã.,7

Составитель И. Иванов

Редактор А. Химчук Техред ЖКастелевнч Корректор О, Билак

Заказ 7784/38 Тираж 371 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4