Способ залечивания трещин в щелочно-галоидных кристаллах Советский патент 1982 года по МПК C30B33/00 C30B29/12 

(54) СПОСОБ ЗАЛЕЧИВАНИЯ ТРЕЩИН

В ЩЕЛОЧНОГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛАХ

Изобретение относится к технической физике, именно к повышению прочности материала и может быть исйользовано для залечивания трацрн в кристаллически маг мяалах.. Известны способы залечивания тршш под действием всестороннего гидростаги .ческого давления. Эти способы заключаются б том, чго образцы, содержащие трешины длиной З-IO -IO см, подвергают при комнатной температуре давлению агм. При этом трешины залечивались и микроскопические нарушения сплошности после снятия нагрузки не наблюдались I Недостатками этах способов являются использование высокого-давления и образование области большой пластической деформации вбкруг залеченной трещины. Наиболее близким к предлагаемому изобретению являемся способ залечивания трещин под совместным действием повышенных температур и малых нагрузок. При этом способе образцы, содержАщие приповерхностные микротрешины, нагревались до 55О-6ОО С. Одновременно к образцам прикладывалась нагрузка меньше предела текучести. Приложение последней активирует диффузионный процесс залечивания микротрешин 2.. Недостатком этого способа является возможность залечивать только приповерхностные 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, включакяцему нагрев образца до температуры рекристаллизации и одновременное д ствие нагрузки, меньшей предела текучести, воздействие нагрузки осуществляют изгиба образца в направлении перпевдикул5фном направлению трещины. Плоскость макроскопической трещины в вдеЛочногалондных кристаллах совпадает с плоскостью спай нос тиСЮО}. Следовательно воамоншы только два варианта взаимной ориентации плоскости трепшны и плоскости изгиба ортогональная и параллельная, В предложенном способе рассматриваются только трещины, плоскости которых параллельны главной плоскости инерции, и изгиб образца таким образом осуществлялся в направлении, перпекдикул$фном направлению третцины. Как показывают многочисленные, эксперименты, эффект качественно не зависит от того, на каком расстоянии от нейтральной оси изгиба находится трещина. На фиг. I приведена схетла нагружения образца; на фиг. 2 - исходная структура кристалла; на фиг. 3 - микроструктура кристалла, прошедшего обработку. К кристаллу t, содержащему трещину 2 прикладывают изгибающую нагрузку Р. Особенностью предложенного способа является то, что в изогнутом кристалле, содержащетл 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.. Кристаллические обра зцы, Note и Li F со сквозной трещиной ЗО мм, размерами 2ОхЗОх6О мм нагревают до температуры отндага 55Q-600 С Исходная струк,тура кристаллов показана на фиг. 2. Одновременно с нагревом образец подвергают механическому воздействию по схеме четьфехточечно о изгиба (фиг. I). В результате длина трещины уменьшается до Ю мм. Мтфостру ктурные исследования показывают. что1 на месте бывшей трещины в результате протекания процессов полигонизации образуется граница зерна (фиг. 3). Здесь , представлена протравленная поверхйость. скола бикристалла LiP , где указанная стрелкой граница - след пересечения ее плоскости с плоскостью раскола {ЮО}. Вследствие протекания процессов рекристаллизации .внзЬгнутыхкристаллах:, область зерен вблизи бывшей трещины фратментируется после обработки на ряд с границами, при избирательном трав9224 лении неотличимыми от большеутловоЙ границы зерен при микроскопических исследованиях, Количественным параметром, характеризующим межкристаллитные сочленения является угод разворота, равньй в опытах в различных образцах до Ю. Многими экспериментами показано, что прилегакэщиё границы субзерен значительно меньших разориентаций (до нескольких мин). Другим признаком полученнйй.границы бикристешйа является также восстановление оптического контакта между двумя изогнутыми половинками после лх отжига, хотя это и не явгается абсолютно достоверным признаком появления кристаллографической границы зерен. Зто явление наблюдается, например при схлопывании трещин в щелочногалоидных кристаллах после сдавливания. Поскольку не сушествует 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. П р и м е р 2. МонокристаллыЬ со квозной трещиной 40 мм, размерами мм нагревают до температуры отжига 550-600 С. Исходная структура соответствует фиг. 2. Одновременно образцы изгибают по схеме четьфехточечного изгиба (фиг. I). Длина трещины уменьшается до Ю мм. Структура кристаллов, прошедших обработку показана на фиг. 3. Указанная цель изобретения повышение прочности материала считается достигнутой уже потому, что трещина острый концентратор напряжений в кристалле - залечивается вовсе или уменьшает свои размеры. На месте бывшего дефекта образована граница зерна. Кристалл, содержащий трещину слабо сопротивляется растягивающим нагрузкам. Для количест венной оценки эффекта залечивания определяется эффективная поверхностная энергия методом расщепления. 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 воэ растет на порядок. Так, например, в кристалле, содержащем трещину 2Гэф 2ОО эрг/см, а в образцах с участками залеченной трещины -у Л2ОО эрг/см , аополнигельнымфакго|эом характеризующим качество попученкой границы, является то обстоятельство, что новая трещина всегда проходит не по траектории бывшей границы раздела, а на некотором расстоянии от вновь образовавшейся границы зерен. П р им ер 3. Кристаллы UiPco сквозной трещиной 25 мм, размерами мм нагревают в печи до 550-600°С. Одновременно образец нагруисается по схеме четырехточечного изгиба (фиг. t) . Конечная длина трещины составляет 5 мм. Микроструктурные исследования показывают, что трещина превращается в границу зерна (фиг. 3). Контролирующим процессом в предложенном способе является полигонизация, в ходе которой участки полостей трещины вовлекаются в процессы зарождения зернограничных дислокаций и их направленного движения в поле напряжений переменного знака. Полигонизащш как наи более низкотемпературная стадия рекристаллизации протекает при любых температурных режимах и термическая обработка лишь ускоряет процесс. Температурный же порог рекристаллизации определяется полуэмпирической формулой Трек. пл где d. - коэффициент, зависящий от многих факторов (деформация, содержание примесей, условия опыта, скорость нагрева и др.). Величина конечного напряжения не превышает при данной температуре макроскопического предела текучести. Варь ирование нагрузки приводит лишь к изме нению плотности дислокаций, образовавшихся в приграничной зоне и никак не сказывается на характере эффекта. Таким образом, использование предлагаемого способа в сравнешга с извест ными позволяет залечивать тршхины, находящиеся в любом месте образца и имеющие длину в несколько см, что значительно 11спь шает прочность материала. Формула изобретения Способ залечивання трещин в щелочногалоидных кристаллах, включающий нагрев образца до температуры ретфисталлизапии и одновременное воздействие на него нагрузки, меньшей предела текучести, отличающийся тем, что, с целью повышения прочшх;тн кристаллов за счет увеличения длины залечиваемой трещины, расположенной в цюбом месте образца, воздействие нагрузки осущес;тчляют путем изгиба образца в направлении, перпендикулярном направлению треацишд. Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе 1.Дулин М. А., Паниотов Ю. Н., Стрельцов В. А. Залечивание микротрещин в ОЦК-металлах в условиях высокого гидростатического сжатия. Сб. Фиэнка; хрупкого разрушения, ч. I. 1976, с. 88-9О. 2.Бетехтян В. И., Кадомцев А. Г., Петров А. И. Особенности при пов хносгяых трещин. Тезисы докладов IX Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов. Куйбышев, 1979, с. 123 (прототив).

.-,.s- :.

/%, Л .- iv-;

W .

saaiS v :. .

.;4

Р

1I jfeufHfftf

. - ..Л

« s;:-3