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The effect of thin film formation at crack tips on fracture

1982; University of Toronto Press; Volume: 30; Issue: 5 Linguagem: Inglês

10.1016/0001-6160(82)90205-x

1878-0768

K. Sieradzki,

Microstructure and Mechanical Properties of Steels

The embrittlement of a HSLA steel by gaseous chlorine has been studied. At chlorine pressures greater than 1.33 × 103 Pa, embrittlement is observed to occur via a predominantly intergranular fracture mode. At pressures below this value no effect of the chlorine gas is observed and the fracture proceeds via the ductile mode characteristic of fracture in air or vacuum. Angularly resolved XPS studies indicate the formation of a thin film of FeCl2 occurs above and below the threshold pressure. The film thickness was found to increase with pressure and exposure and at constant pressure obeys a 1/X = A − B ln t growth law. Calculations made indicate that elastically hard thin films covering a crack tip can severely restrict or prevent dislocation emission in a substrate which is normally unstable to dislocation emission. It is found that for μfilm/μsub > 2 and for film thicknesses greater than 2 monolayers brittle behavior is predicted under some conditions for normally ductile behaving substrates. In conjunction with concepts of crack tip shielding, the embrittlement phenomenon is rationalized. Nous avons étude la fragilisation d'un acier HSLA par la chlore gazeux. Pour des pressions de chlore supérieures à 1,33 × 103Pa, la fragilisation se produit par un mode de rupture essentiellement intergranulaire. Pour des pressions inférieures à cette valeur, on n'observe pas d'effet du chlore et la rupture ductile se produit, comme dans l'air ou le vide. Des éludes d'XPS avec une bonne résolution angulaire ont mis en évidence la formation d'un film mince de FeCl2 au-dessus et au-dessous de la pression seuil. Lépaisseur de ce film mince augmente avec la pression et le temps d'exposition; à pression constante, sa croissance obéit à une loi en 1/X = A − B In t. Des calculs montrent qu'un film mince élastiquement dur recouvrant l'extrêmiteé d'une fissure, peut diminuer fortement ou même empêcher lémission de dislocations dans un substrat normalement instable vis à vis de cette émission. Lorsque μfilm/μsub, est supérieur à 2 et que lépaisseur du film est supérieure à deux monocouches, on prévoit dans certaines conditions un comportement fragile pour des substrats se comportant normalement de manière ductile. La fragilisation peut être comprise a partir de la notion d'écran protecteur pour l'extrêmité de la fissure. Die Versprödung eines HSLA-Stahles unter Chlorgaseinfluβ wurde untersucht. Bei einem Chlordruck gröβer als 1,33 × 103 Pa tritt die Versprödung überwiegend über einenintergranularen Bruchmechanismus auf. Bei einem niedrigeren Druck hat Chlor keinen Einfluβ und der Bruch wächst duktil, wie es für Bruchbildung in Luft oder in Vakuum charakteristisch ist. Winkelaufgelöste XPS-Untersuchungen weisen auf die Bildung eines dünnen Filmes aus FeCl2; oberhalb und unterhalb des kritischen Druckes hin. Die Filmdicke wächst mit Druck und Zeit und folgt bei konstantem Druck einem Wachstumsgesetz 1/X = A − B ln t. Rechnungen deuten an, daβ ein elastisch harter Film an einer Riβspitze die Emission von Versetzungen in einem normalerweise für Emission geeingneten Material beträchtlich behindern oder such unterbinden kann. Es ergibt sich, daβ für μfilm/μmat > 2 und für Filmdicken gröβer als zwei Monolagen unter einigen Bedingungen für normalerweise sich duktil verhaltendes Material Sprödverhalten eintritt. Die Erscheinung der Versprödung wird im Zusammenhang mit Konzepten der Riβspitzenabschirmung betrachtet.