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Fracture behavior of embrittled F.C.C. metal bicrystals

1991; Elsevier BV; Volume: 39; Issue: 5 Linguagem: Francês

10.1016/0956-7151(91)90278-9

1873-2879

Jian‐Sheng Wang, Peter M. Anderson,

Fusion materials and technologies

A modified version of the Rice-Thomson model is used to predict the fracture behavior of Cu interfaces containing Bi. A general observation is that ductile or brittle response of an interfacial crack is strongly dependent on the relative orientation of available slip planes to the existing crack plane and growth direction, and less dependent on the level of impurity at the interface. A specific application of the model to Cu-[110] symmetric tilt boundaries in mode I loading indicates that the Σ11/(113) grain boundary is ductile and cannot be embrittled by Bi segregation, and that the Σ9/(221) grain boundary may be ductile or brittle depending on the Bi segregation level and the direction of cracking. These predictions are generally consistent with experimental results from notched bicrystals reported here. This agreement indicates that different fracture behaviors of the bicrystals can be understood, at least qualitatively, by considering the difference in grain boundary structure and comparing the values of crack tip energy release rate for disolocation emission from the crack tip to that for cleavage decohesion of the grain boundary. On utilise une version modifiée du modèle de Rice et Thomson pour prévoir le comportement en rupture d'interfaces de cuivre contenant du bismuth. D'une manière générale, la réponse ductile ou fragile d'une fissure interfaciale dépend fortement de l'orientation relative des plans de glissements disponibles par rapport au plan de la fissure existante et à sa direction de croissance, et dépend moins du niveau d'impureté à l'interface. Une application spécifique du modèle aux joints de flexion [110] symétriques du cuivre sous charge en mode I indique que le joint de grains Σ11/(113) est ductile et ne peut être fragilisé par la ségrégation du bismuth, et que le joint de grains Σ9/(221) peut être ductile ou fragile suivant le niveau de ségrégation du bismuth, et la direction de la fissure. Ces prévisions sont en général en accord avec les résultats expérimentaux sur des bicristaux entaillés que nous rapportons. Cet accord indique que les différents comportements en rupture des bicristaux peuvent être compris, au moins qualitativement, en considérant la différence dans la structure du joint de grains et en comparant les valeurs de la vitesse de libération de l'énergie aux lèvres de la fissure par émission de dislocations à partir de ces lèvres et celles qui correspondent à la décohésion du joint de grains par clivage. Mit einer modifizierten Form des Modells von Rice und Thomson wird das Bruchverhalten von Cu-Grenzflächen, die Bi enthalten, vorausgesagt. Allgemein ergibt sich, daß die duktile odor spröde Antwort auf einen Grenzflächenriß stark von der relativen Orientierung der verfügbaren Gleitebenen bezüglich der bestehenden Rißebene und der Rißwachstumsrichtung abhängt, dagegen weniger stark von dem Verunreinigungsgehalt an der Grenzfläche. Die Anwendung des Modells auf symmetrische [110]-Kippkorngrenzen in Cu unter Mode-I-Belastung zeigt, daß die Σ = 11/(113)-Kippkorngrenze duktil ist und durch Bi-Segregation nicht versprödet werden kann; die Korngrenze Σ = 9/(221) kann je nach Bi-Segregation und Rißrichtung duktil oder spröde sein. Diese Voraussagen sind im allgemeinen verträglich mit den hier vorgelegten Experimenten an gekerbten Bikristallen. Diese Übereinstimmung weist darauf hin, daß das unterschiedliche Bruchverhalten der Bikristalle wenigsten qualitativ verstanden werden kann, wenn der Unterschied in der Korngrenzstruktur berücksichtigt und die Werte für die Energiefreigaberate für Versetzungsemission an der Rißspitze mit der für Spaltungsbruch entlang der Korngrenze verglichen werden.