Os limites gêmeos podem resistir a rachaduras por fadiga?

Mecanismos de dano por fadiga correspondentes a diferentes ângulos de inclinação do CTB e eixo de carregamento do bicristal de cobre. Crédito:IM

Os contornos de grão são amplamente distribuídos em cristais metálicos e têm importantes impactos em suas propriedades mecânicas. Entre eles, os contornos de grão de alto ângulo (HAGBs) podem fortalecer os materiais metálicos, mas a concentração de tensão no HAGB geralmente leva a danos por fadiga e rachaduras. Dada a particularidade da interação entre contornos gêmeos (TBs) e discordâncias, cabe esclarecer se TB resiste ou não à trinca por fadiga.
Na última década, o grupo de pesquisa do Prof. Zhang Zhefeng do Institute of Metal Research (IMR) da Academia Chinesa de Ciências realizou estudos sistemáticos sobre os comportamentos de rachaduras por fadiga de vários TBs, e alguns novos progressos foram publicados recentemente em Progresso na Ciência dos Materiais .

Os pesquisadores descobriram que o ângulo incluído entre o TB coerente (CTB) e o eixo de carregamento desempenha um papel decisivo no dano por fadiga. Quando o CTB e o eixo de carregamento têm uma faixa de ângulo de interação de 20º a 70º, as trincas de fadiga iniciam-se preferencialmente ao longo do CTB. Em outros casos, as trincas de fadiga iniciam-se preferencialmente ao longo das bandas de deslizamento.

Quando o TB incoerente (ITB) é perpendicular ao eixo de carregamento, as discordâncias são facilmente acumuladas no ITB, levando à fissuração preferencial no ITB. Quando o ITB está paralelo ou inclinado ao eixo de carregamento, a compatibilidade de deformação no ITB é melhor e a trinca por fadiga ocorre preferencialmente ao longo da banda de deslizamento.

A trinca por fadiga em TB em policristal está relacionada à energia de falha de empilhamento (SFE) e orientação. Quanto menor o SFE, maior a diferença de orientação entre os dois lados do TB, mais fácil é a trinca por fadiga ao longo do TB; e pelo contrário, a banda de deslizamento é mais propensa a trincas por fadiga. Em termos da diferença do fator Schmid (ΔΘ) e SFE, foi estabelecido um critério quantitativo para trinca por fadiga.

Combinado com estudos anteriores sobre os comportamentos de fissuração por fadiga de HAGB e GB de baixo ângulo (LAGB), pode-se determinar que a resistência à fissuração por fadiga de diferentes GBs diminui na ordem de HAGB> TB> LAGB, enquanto a fissuração de TB ou não depende de SFE e orientação cristalográfica.

Comportamento de dano por fadiga de ITB em bicristal de cobre em diferentes ângulos em relação ao eixo de carregamento. (a,b) ITB é perpendicular ao eixo de carregamento; (c,d) ITB inclina-se para o eixo de carregamento. Crédito:IM
Efeito sinérgico da energia de falha de empilhamento e orientação do cristal no comportamento de trincamento por fadiga de liga de cobre policristal. Crédito:IM
Resistência à fadiga de diferentes tipos de GBs:LAGB> TB> HAGB. Crédito:IM