晶体相场法研究应力状态及晶体取向对微裂纹尖端扩展行为的影响

摘要

采用晶体相场模拟研究了单向拉伸作用下初始应力状态、晶体取向角度对单晶材料内部微裂纹尖端扩展行为的影响,以(111)晶面上的预制中心裂纹为研究对象探讨了微裂纹尖端扩展行为的纳观机理,结果表明:微裂纹的扩展行为主要发生在<011><111>滑移系上,扩展行为与扩展方向与材料所处的初始应力状态及晶体取向紧密相关.预拉伸应力状态将首先诱发微裂纹尖端生成滑移位错,进而导致晶面解理而实现微裂纹尖端沿[011]晶向扩展,扩展到一定程度后由于位错塞积,应力集中,使裂纹扩展方向沿另一滑移方向[101],并形成锯齿形边缘;预剪切应力状态下,微裂纹尖端首先在[101]晶向解理扩展,并诱发位错产生,形成空洞聚集型长大的二次裂纹,形成了明显的剪切带;预偏变形状态下微裂纹尖端则直接以晶面解理形式[101]在上进行扩展,直至断裂失效;微裂纹尖端扩展行为随晶体取向不同而不同,较小的取向角度会在裂纹尖端形成滑移位错,诱发空位而形成二次裂纹,而较大的取向角下的裂纹尖端则以直接解理扩展为主,扩展方向与拉伸方向几近垂直.