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Cleavage fracture of VC monocrystals

1972; University of Toronto Press; Volume: 20; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.1016/0001-6160(72)90039-9

1878-0768

R. K. Govila,

Diamond and Carbon-based Materials Research

The mechanical behavior of VC monocrystals of a range of stoichiometries has been studied below their brittle-to-ductile transition temperatures where the mechanical properties are relatively independent of dislocation movement. The cleavage surface energy, γ, and the critical transition temperature, Tc, corresponding to the onset of some dislocation mobility, were measured for VC monocrystals as a function of composition and temperature. A preliminary attempt has been made to show that the nature of ordering in VC determines the fracture strength. Cleavage cracks on (001) planes of VC monocrystals were introduced by microhardness indentation of the (110) planes. Pre-cracked specimens were loaded to failure in three or four point bending at 20°C. The fracture stress, σF, was dependent on crack length according to the Griffith criterion. The temperature dependence of σF for specimens containing cracks of approximately similar length was determined between 20 and 1300°C. It was found that σF remained essentially constant from 20 to 1000°C for VC0.88, to 1160°C for VC0.84 and to 800°C for VC0.76, demonstrating the extremely low mobility of dislocations in this material; above Tc, σF for VC0.84 and VC0.76 were of similar magnitudes but several times higher than in VC0.88. This increase is believed to be due to the nature of ordering. The increase in σF above Tc due to the movement of dislocations supports the hypothesis that the mobility of dislocations in VC is thermally activated. The similarities observed in the deformation and fracture behavior of VC0.84 and VC0.76 strongly support the presence of either long-range or short-range ordering in VC0.76 monocrystals. Le comportement mécanique de monocristaux VC de concentrations voisines de la concentration stoechiométrique, a été étudié aux températures inférieures aux températures de transition ductile-fragile, pour lesquelles les propriétés mécaniques sont relativement indépendantes du mouvement des dislocations. L'énergie de surface de clivage y, et la température critique de transition Tc, correspondant au début de mobilité des dislocations, ont été mesurées en fonction de la température et de la composition, pour des monocristaux VC. Un essai préliminaire a été effectué pour montrer que la nature de la mise en ordre dans VC détermine la résistance à la rupture. Des fissures de clivage sur les plans (001) des monocristaux VC ont été introduites par des empreintes au diamant de microdureté sur les plans (110). Les échantillons préfissurés ont été chargés en flexion jusqu'à fêlure en trois ou quatre points à 20°C. L'auteur a constaté que la contrainte de rupture σF dépend de la longueur des fissures, suivant la théorie de Griffith. La variation de σF avec la température a été déterminée entre 20 et 1300°C pour des échantillons contenant des fissures de longueurs à peu près semblables. L'auteur a trouvé que σF reste essentiellement constant de 20°C jusqu'à 1000°C pour VC0,88, jusqu'à 1160°C pour VC0,84 et jusqu'à 800°C pour VC0,76, ce qui montre que la mobilité des dislocations est extrêmement faible dans ce matériau; au-dessus de Tc, la valeur de σF est la même pour VC0,84 et VC0,76, mais elle est plusieurs fois plus élevée que pour VC0,88. L'auteur pense que cet accroissement est dû à la nature de la mise en ordre. L'accroissement de σF au-dessus de Tc, dû au mouvement des dislocations, confirme l'hypothèse selon laquelle la mobilité des dislocations dans VC est activée thermiquement. Les analogies observées dans la déformation et le comportement à la rupture de VC0,84 et VC0,76 confirment fortement une mise en ordre à longue distance ou à courte distance dans les monocristaux VC0,76. Das mechanische Verhalten von VC-Einkristallen verschiedener Stöchiometrie wurde unterhalb ihrer Spröd-Duktü-Übergangstemperatur untersucht. In diesem Temperaturbereich sind die mechanischen Eigenschaften relativ unabhängig von der Versetzungsbewegung. Die Spaltflächenenergie γ und die kritische Übergangstemperatur Tc, bei der eina gewisse Versetzungsbewe glichkeit einsetzt, wurden an VC-Einkristallen als Funktion der Zusammensetzung und der Temperatur gemessen. Es wurde ein vorläufiger Versuch unternommen zu zeigen, daβ der Ordnungsgrad im VC die Bruchfestigkeit bestimmt. Spaltrisse auf (001)-Ebenen der VC-Einkristalle wurde durch Mikrohärte-Indentationen der (100)-Eben erzeugt. Die mit Rissen versehenen Proben wurden bei 20°C bis zum Bruch verformt. Die Bruchspannung σF hing gemäβ dem Griffith-Kriterium von der Riβlänge ab. An Proben mit etwa gleicher Riβlänge wurde die Temperaturabhängigkeit von σF zwischen 20 und 1300°C bestimmt. σF war etwa konstant in VC0,88 zwischen 20 und 1000°C, in VC0,84 zwischen 20 und 1160°C und in VC0,76 zwischen 20 und 800°C; das spricht für eine extrem kleine Beweglichkeit der Versetzungen in diesem Material. Oberhalb Tc war σF in VC0,84 und VC0,76 etwa gleich groβ, jedoch in VC0,88 ein Vielfaches davon. Es wird angenommen, daβ diese Zunahme vom Ordnungszustand abhängt. Die Zunahme von σF oberhalb Tc durch erhöhte Versetzungsbeweglichkeit spricht für die Annahme, daβ die Bewegung der Versetzungen in VC ein thermisch aktivierter Prozeβ ist. Das ähnliche Verformungs- und Bruchverhalten von VC0,84 und VC0,76 sind ein starker Hinweis auf das Auftreten entweder von Fernordnung oder Nahordnung in VC0,76-Einkristallen.