Constrained Cavity Growth, Its Use in Quantifying Recent Creep Fracture Results

Abstract

Growth of grain boundary cavities by stress directed vacancy absorption is normally assumed to be controlled by microstructure insensitive diffusion processes. However, under certain conditions, cavity growth may become much slower than predicted by diffusion control, due to constraints imposed by the grain boundary microstructure or to constraints imposed by an inhomogeneous distribution of cavities. Three possible constraining micromechanisms are examined and lower bounds to growth rate calculated which, in each case, result in growth rates being proportional to deformation rate, and thus sensitive to microstructure, and also proportional to the square of the cavity spacing. Direct evidence supporting the concept of constrained growth is presented by analysing some published data. It is also shown that the apparently conflicting results of three recently published investigations into creep fracture can be reconciled quantitatively by predicting the transition stress between diffusion controlled and constrained vacancy growth.

Résumé

On considère généralement que la cinétique de croissance des cavités aux joints de grains (croissance induite par un mécanisme d'absorption de lacunes produites sous contrainte) est limité par des processus de diffusion indépendants de la microstructure du spécimen utilisé. Cependant, le taux de croissance des cavités est parfois inférieur au taux prédit par la théorie de la diffusion, à cause de certaines contraintes imposées soit par la microstructure des joints de grains, soit par une distribution hétérogene des cavités. On examine trois micromécanismes qui pourraient possiblement réduire le tau x de croissance des cavités et on calcule pour ces trois mécanismes un taux de croissance minimum. Celui-ci est tel que le taux de croissance est généralement proportionnel au taux de déformation, donc dépendant de la microstructure, et proportionnel à la racine carrée de l'espacement moyen entre deux cavités. On présente également une analyse de certaines données (extraites d'articles publiés) qui supporte cette hypothèse. Enfin, on démontre que les résultats apparemment contradictoires de trois études récemment publiées sur la rupture par propagation des fissures peuvent être réconciliés en établissant une contrainte de transition d'une cinétique limitée seulement par diffusion à une cinétique (du taux de croissance des lacunes) limitée également par la microstructure des spécimens étudiés.