晶粒尺寸对塑性脆性穿透性断裂的依赖性研究
材料科学
2025-07-01 v1
摘要
晶粒尺寸在决定金属断裂韧性方面的作用尚未完全理解，且存在看似矛盾的实验观察结果。我们通过构建一种结合断裂力学相场公式和晶体塑性应变硬化模型的计算模型，来研究这种晶粒尺寸的依赖性。我们将该模型应用于平面应变条件下以面心立方结构材料的 cleavage 断裂，发现塑性脆性穿透性断裂呈非单调的晶粒尺寸依赖性。我们发现有两种机制起作用。第一种是跨滑导致失效的核化，发生在穿透带中局部变形区域内的关键位置晶粒中，这遵循经典的 Hall-Petch 定律，即晶粒越小，失效应力越大。第二种是模式 I 裂纹扩展的阻力，晶粒边界可能对裂纹进行固定，这遵循反向 Hall-Petch 定律，即晶粒越大，韧性越高。在两种机制之间的竞争结果导致了非单调行为，并调和了看似矛盾的实验观察结果。
关键词
引用
@article{arxiv.2501.13882,
title = {Grain-size dependence of plastic-brittle transgranular fracture},
author = {Jean-Michel Scherer and Mythreyi Ramesh and Blaise Bourdin and Kaushik Bhattacharya},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.13882},
year = {2025}
}