Fracture toughness and bond trapping of grain boundary cracks

材料科学 晶界 断裂韧性 断裂力学 脆性 原子单位 复合材料 韧性 断裂(地质) 微观结构 冶金 量子力学 物理
作者
Johannes J. Möller,Erik Bitzek
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:73: 1-11 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2014.03.035
摘要

The fracture toughness of materials in which brittle cracks initiate and propagate along grain boundaries (GBs) depends not only on the energy of the GB, but also on its microscopic structure. Exactly how and to what degree brittle GB fracture is affected by the local atomic structure at the crack tip has not yet been studied in detail. Here, we use molecular static simulations to study the atomic-scale fracture behavior of six large-angle tilt GBs in tungsten bicrystals. The fracture toughness depends critically on the propagation direction and on the position of the crack tip within the structural units of the GB. Furthermore, the GB fracture toughness can be significantly larger than for single crystals in the same orientation. These results cannot be explained by the usual thermodynamic approach in continuum-scale fracture mechanics but can be understood by considering the effect of bond trapping of GB cracks.

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