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A microscopic theory of brittle fracture in deformable solids: A relation between ideal work to fracture and plastic work

Jokl, M.L ; Vitek, V ; McMahon, C.J

Acta Metall.; (United States), 1980-11, Vol.28 (11), p.1479-1488

United States: Elsevier B.V

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Citações Citado por
  • Título:
    A microscopic theory of brittle fracture in deformable solids: A relation between ideal work to fracture and plastic work
  • Autor: Jokl, M.L ; Vitek, V ; McMahon, C.J
  • Assuntos: ALLOYS ; BRITTLENESS ; CRACK PROPAGATION ; CRYSTAL DEFECTS ; CRYSTAL STRUCTURE ; CRYSTALS ; DISLOCATIONS ; FRACTURE PROPERTIES ; IMPURITIES ; IRON ALLOYS ; IRON BASE ALLOYS ; LINE DEFECTS ; MATERIALS SCIENCE ; MECHANICAL PROPERTIES 360103 -- Metals & Alloys-- Mechanical Properties ; SEGREGATION ; SOLIDS ; STEELS
  • É parte de: Acta Metall.; (United States), 1980-11, Vol.28 (11), p.1479-1488
  • Notas: None
    A502-79ER1 0429
  • Descrição: A criterion is developed for brittle fracture of a crystalline solid which is capable of being plastically deformed. The theory starts with the experimental fact that during extension of a brittle crack, energy is consumed not only by bond stretching and breaking, but also by dislocation emission from the crack tip. The latter is the “plastic work”. γ p , which in the present theory depends on the ideal work of fracture. An empirical relationship between stress and dislocation velocity is employed to calculate the work connected with dislocation emission; then an approximation of the dynamics of bond stretching is made. Combination of the two allows the development of a Griffith-type thermodynamic fracture criterion which is applicable to any deformable solid. This theory contains all the basic features of ductile vs brittle behavior of solids, regardless of whether the brittle mode is transgranular cleavage or intergranular fracture. As a consequence, a relationship between γ p and γ is obtained which enables one to estimate γ from measurements of local fracture stress. The use of this is illustrated in the form of estimates of reductions in γ due to segregation of several impurities, calculated from measured local integranular fracture stresses in experimental steels. Nous présentons un critère de rupture fragile d'un solide cristallin susceptible de se déformer plastiquement. Cette théorie repose sur le fait expérimental qu'au cours de la propagation d'une fissure fragile, l'énergie est utilisée non seulement pour étendre ou briser des liaisons, mais également pour émettre des dislocations à l'extrêmité de la fissure. Cette dernière énergie représente le “travail plastique” γ p qui dépend dans notre théorie du travail de rupture idéal. Nous utilisons une relation empirique entre la contrainte et la vitesse des dislocations pour calculer le travail mis en jeu au cours de l'émission de dislocations; puis nous utilisons une approximation pour la dynamique de l'extension des liaisons. La combinaison des deux permet d'établir un critère de rupture du type de Griffith, applicable à tout solide déformable. Cette théorie contient toutes les caractéristiques principales des solides en ce qui concerne les ruptures ductile et fragile, que le mode fragile soit un clivage transgranulaire ou une rupture intergranulaire. Nous en déduisons une relation entre γ p et γ qui permet d'estimer γ à partir des mesures de la contrainte locale de rupture. A titre d'illustration, nous obtenons une estimation de la diminution de γ due à la ségrégation d'un certain nombre d'impuretés, à partir des contraintes locales de rupture intergranulaire obtenues dans des aciers expérimentaux. Es wird ein Kriterium für Sprödbruch eines kristallinen Festkörpers, der sich plastisch verformen kann, entwickelt. Die Theorie ruht auf der experimentellen Tatsache, daβ während der Erweiterung eines spröden Risses nicht nur durch Dehnung und Aufbrechen von Bindungen sondern auch durch Versetzungsemission aus der Riβspitze verbraucht wird. Diese letztere ‘plastische Arbeit’ γ p hängt bei der vorliegenden Theorie von der idealen Brucharbeit ab. Mit einem empirischen Zusammenhang zwischen Spannung und Versetzungsgeschwindigkeit wird die bei der Versetzungsemission auftretende Arbeit berechnet; danach wird eine Näherung für die Dynamik der Bindungsdehnung durchgeführt. Die Kombination beider ermöglicht, ein thermodynamisches Bruchkriterium vom Griffith-Typ aufzustellen, welches auf jeden verformbaren Festkörper anwendbar ist. Diese Theorie enthält sämtliche Merkmale des duktilen oder spröden Bruchverhaltens, unabhängig davon, ob der Sprödbruch transgranulares Spalten oder intergranularer Bruch ist. Daraus folgt ein Zusammenhang zwischen γ p , und γ, der erlaubt, γ aus Messungen der lokalen Bruchspannung zu bestimmen. Als Anwendung wird die Verringerung von γ durch die Segregation verschiedener Verunreinigungen aus den an experimentellen Stählen gemessenen lokalen intergranularen Bruchspannungen berechnet.
  • Editor: United States: Elsevier B.V
  • Idioma: Inglês
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