THE UNIVERSITY OF MICHIGAN COLLEGE

THE UNIVERSITY OF MICHIGAN COLLEGE OF ENGINEERING Department of Chemical and Metallurgical Engineering Technical Report THE EFFECT OF SURFACE TENSION OF A LIQUID METAL ENVIRONMENT ON THE FRACTURE STRENGTH OF SOLID METALS D4 A. Kraai S, Floreen C. A, Stickles Do V. Ragone E. Eo Hucke Princ ipal Investigator UMRI Project 2782 under contract with: DIRECTORATE OF SOLID STATE SCIENCES AIR FORCE OFFICE OF SCIENTIFIC RESEARCH AIR RESEARCH AND DEVELOPMENT COMMAND CONTRACT NOo AF 49(638)-422 WASHINGTON, D C. administered by: THE UNIVERSITY OF MICHIGAN RESEARCH INSTITUTE ANN ARBOR July 1960

Parts I and II of this report have also been submitted as dissertations in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in The University of Michigan, 1960.

PREFACE This report is divided into three sections. Each section covers a specific aspect of the relationship of surface and. environments and their effects on the mechanical properties of solids. This separation of topics necessarily involves some repetition such as in the literature reviews. However, in the interest of clarity and emphasis the different aspects were presented separately. Each section exists as a complete report in itself and contains its own introduction, body, conclusions, references, and pagination, The conclusions of this technical report are the summation of the conclusions of each section. Following are the titles of each section: 1.) Effects of Some liquid Metal Environments on the Fracture of CopperO 2) The Effect of Strain on the Surface Energy of Solids. 3) The Effect of Tensile Stress on. Dihedral Angles in Leaded Copper. Qualified reques'tors may obtain cop-ies of this report from -the Armed Services Technical Information Agency (ASTIA), Document Control Center, Arlington Hall Station, Arlington 129 Virginia. Department of Defense contractors must have their 'need to knowl certified by the cognizant military agency of their project or contract.


Part I - EFFECTS OF SOME TITQUID METAL ENVIRORlMETS ON THER FRACTURE OF COPPER

PREFACE The author wishes to express appreciation to Professor Edward Eo Hucke for his interest, guidance, and generous contribution of his time and suggestions throughout the period of this inveBtigation. The advice and contributions of the other members of the doctoral committee are also gratefully acknowledged. The author also wishes to acknowledge Mr. John Verhoeven and Slr. Frank Drogosz for their aid and advice on the design and construction of the equipment. A fellowship grant from the Universal Cyclops Steel Corporation over a period of two years was sincerely appreciated. The author wishes to acknowledge the financial support of the Air Force through their Contract o. AF 49(638)-422. ii

TABLE OF CONTENTS Page PREFACE ii LIST OF TABLES iv LIST OF FIGURES v ABSTRACT ix INTRODUCTION 1 LITERATURE REVIEW 3 The General Features of Liquid Metal Embrittlement 4 Theories of Liquid Metal Embrittlement 15 EXPERIMENTAL PROGRAM 30 EQUIPMENT AND EXPERIMENTAL PROCEDURE 32 EXPERIMENTAL RESULTS AND DISCUSSION 38 CONCLUSIONS 55 REFERENCES 57 iii

LIST OF TABLES 1. Summary of Fracture Strength Data. 62 2. Strengths of Copper in Liquid Lead-Bismuth Alloy Environments. 63 3. Strengths of Copper in Liquid Thallium-Bismuth Alloy Environments.65 4. Strengths of Copper in Liquid Cadmium-Bismuth Alloy Environments. 66 5. Strengths of Copper in Liquid Zinc-Bismuth Alloy Environments. 67. Strengths of Copper in Liquid Antimony-Bismuth Alloy Environments. 68 7. Published Strengths of Copper in Liquid Lead-Bismuth Environments; 69 Grain Size = 0.025 mm. 8. Published Strengths of Copper in Liquid Lead-Bismuth Environments; 70 Grain Size = 0.050 mm. 9. Equilibrium Grain Boundary Dihedral Angles in Cu-Pb-Bi Alloys. 71 10. Data Used for Figure 13. 72 11. Published Interfacial Free Energies of the Solid Copper Liquid 73 Lead-Bismuth System. 12. Data Used for Figure 15. 74 iv

LIST OF FIGURES Page 1. Internal Liquid Phase Dihedral Angle. 75 2. Liquid Drop on a Metal Grain Boundary. 75 3. Equilibrium State of Surface, Forces. 75 4. Vacuum Furnace. 76 5. Vacuum Furnace, Section A-A. 77 6. Wire Specimen and Liquid Metal Reservoir. 78 7. Copper Strength vs. Time of Immersion in Bismuth. 79 8. Average Strengths of Copper vs. Ratio Pb/Pb + Bi. 80 9. Strength of Copper vs. Ratio Pb/Pb + Bi. Grain Size = 0.025 mm. 81 Morgan's Table XXI. (1) 10. Strength of Copper vs. Ratio Pb/Pb + Bi. Grain Size = 0.050 mm. 82 Morgan's Table XXII. (1) 11. Comparison of Ultimate Strengths of Copper Obtained by Morgan 83 and Present Investigation. 12. Equilibrium Grain Boundary Dihedral Angles vs Ratio Pb/Pb + Bi. 84 13. Fracture Strength of Copper vs Interfacial Free Energies. 85 14. Solid Copper, Liquid Lead-Bismuth Interfacial Free Energies. 86 15. Fracture Strength of Copper vs Morgan's Interfacial Energy Value. 87 16. Fracture Strength of Copper vs Time of Immersion in 10%Cd-904Bi 88 Environments. 17. Ultimate Strength of Copper Fractured in Liquid Alloys of Bismuth 89 and Small Amounts of Other Elements. 18. Average Ultimate Strength of Copper Fractured in Liquid-Bismuth- 90 Antimony Alloy Environments (wtl). v

Page 19. Average Ultimate Strength of Copper Fractured in Liquid Bismuth- 91 Zinc Alloy Environments (wLto). 20. Average Ultimate Strength of Copper Fractured in Liquid Bismuth- 92 Cadmium Alloy Environment s (Vt). 21. Average Ultimate Strength of Copper Fractured in Liquid Bismuth- 95 Thallium Alloy Environments (wt%). 22. Ultimate Strength of Copper Fractured in Liquid Alloys of Bismuth 94 and.Small Amounts of the Other Elements (atomo). 23. Average Ultimate Strength of Copper Fractured in. Liquid Bismuth- 95 Antimony Alloy Environments (atom%). 24. Average Ultimate Strength of Copper Fractured in Liquid Bismuth- 96 Zinc Alloy Environments (atono). 25. Average Ultimate Strength of Copper Fractured in Liquid Bismuth- 97 Cadmium Alloy Environments (atom%). 26. Average Ultimate Strength of Copper Fractured in Liquid Bismuth- 98 Thallium Alloy Environments (atomo)). 27. Copper Specimen Fractured at 650~F With No Environment Present;10OX. 99 28. Microstructure of Copper Prior to Fracture; 100X. 99 29. Sketch Showing Possible Behavior of Fracture Strength as a Function of the Solid - Liquid Interfacial Energy. 100 30. Schematic Frequency Distribution of Observed Internal:.Angles of Liquid Phase in Microsection. 100 31. Schematic Frequency Distribution of Observed External Angles of Liquid Phase in Microsection. 100 32. Copper Specimen Fractured at 650~F in 10g Lead Environment;100X. 101 533 Copper Specimen Fractured at 650~F in lOa Bismuth Environment;50X. 101 34. Copper Specimen Fractured at 650~F in 100l Bismuth Environment;500X. 102 35. Copper Specimen Fractured at 650~F in 1.00 Bismuth Environment;13X. 102 vi

Page 56. Copper Specimen Fractured at 650~F in 100% Bismuth Environment;20X. 103 37. Copper Specimen Fractured at 6500F in 80%Bi-20%Pb Environment;20X. 103 38. Copper Specimen Fractured at 650~F in 60%Bi-40%Pb Environment;20X. 104 59. Copper Specimen Fractured at 6500F in 60%Bi-4o0Pb Environment;20X. 104 40. Copper Specimen Fractured at 6500F in 4oBi-6ofPb Environment;l3X. 105 41. Copper Specimen Fractured at 6500F in 20%Bi-80fPb Environment;13X. 105 42. Copper Specimen Fractured at 6500F with No Environment Present;20X 105 435. Copper Specimen Fractured at 6500F in 60%Bi-40Pb Environment;13X. 106 44. Copper Specimen Fractured at 6500F in 60%Bi-40%Pb Environment;20X. 106 vii


ABSTRACT The variation of fracture strength of solid copper wire was investigated as a function of the interfacial free energy between the specimen and its liquid metal environment. Numerous reports in the literature indicate that rnon-corrosirve environments can have a significant effect on the tensile fracture strength of materials. The general effect of liquid metals is to reduce both strength and ductility. The more deleterious environments sharply reduce the level of normal fracture stress. The literature further indicates that changes in fracture strength due to changing environmental conditions might be explained on thebasis of interfacial free energies. That interfacial energies are associated with fracture seems logical not only because free surfaces are formed, but also because the environments are non-corrosive, they do not form compounds with the solid metals, and their mutual solubilities are essentially zero in many cases. Such an effect must then act at the surface. A measure of such surface effects would be the interfacial energy, a physical property, between the solid metal and its environment. From considerations of the energy required to propagate a crack in a brittle material previous investigators have shown that the fracture stress ix

can be approximately represented by the following equation: of~ = K(E 7]~ K d Where of is the fracture stress, E is Youngs modulus, d is the grain size, 7 is the total surface free energy expended in exposing unit area of the crack faces and K is a dimelnsionless coefficient of the order of 5. The ex-perimental part of this work dealt with establishing; 1) the existence of an effect of environment on fracture strength; 2) the relative magnitude of the effect; 3) the 'approximate validity of the expression given above. These aims were realized by fracturing copper wires partially wet by external liquid lead-bismuth environments systematically varied in composition. Changing the composition of the environment varied the interfacial free energy. It was found that the tensile fracture stress of a copper wire was reduced by the successive addition of bismuth to a leadbismuth environment. At 650~F for instance, an environment of liquid lead gave little reduction in strength while an environment of liquid bismuth reduced the fracture strength to 7,200 psi from 45,000 psi for liquid lead. Copper failed in an intergranular brittle manner when fractured in bismuth with no si

Kết quả (Việt) 1:

các trường đại học của trường đại học michigan của bộ phận kỹ thuật của báo cáo kỹ thuật công nghệ hóa học và luyện kim tác dụng của sức căng bề mặt của một môi trường kim loại lỏng vào sức mạnh gãy kim loại rắn D4 một. kraai s, floreen c. một, stickles làm v ragone e. eo Hucke princ iPal dự án umri điều tra năm 2782 theo hợp đồng với:Ban Giám đốc của rắn khoa học nhà nước văn phòng lực lượng không quân của nghiên cứu không khí nghiên cứu khoa học và phát triển hợp đồng lệnh noo af 49 (638) -422 washington, d c. quản lý bởi: các trường đại học của viện nghiên cứu michigan ann arbor tháng 7 năm 1960

Phần I và II của báo cáo này cũng đã được đệ trình như luận án trong thực hiện một phần của yêu cầu về mức độ tiến sĩ triết học ở Đại học Michigan năm 1960.

Mở đầu báo cáo này được chia thành ba phần. mỗi phần bao gồm một khía cạnh cụ thể của mối quan hệ của bề mặt và. môi trường và tác động của chúng trên các tính chất cơ học của các chất rắn.sự tách biệt này chủ đề nhất thiết phải liên quan đến một số lặp lại như trong đánh giá văn học. Tuy nhiên, vì lợi ích của sự rõ ràng và nhấn mạnh những khía cạnh khác nhau đã được trình bày một cách riêng biệt. mỗi phần tồn tại như một báo cáo đầy đủ trong và chứa của nó giới thiệu riêng, cơ thể, kết luận, tài liệu tham khảo, và phân trang,kết luận của báo cáo kỹ thuật này là tổng kết các kết luận của mỗi phần. Sau đây là các tiêu đề của từng phần:) ảnh hưởng của một số môi trường kim loại lỏng trên các đứt gãy của coppero 2) tác động của căng thẳng năng lượng bề mặt của các chất rắn 1.. 3) tác động của ứng suất kéo trên. góc nhị diện trong đồng pha chì.reques'tors đủ điều kiện có thể được cảnh sát-tệ của báo cáo này từ-các dịch vụ vũ trang cơ quan kỹ thuật thông tin (Astia), trung tâm kiểm soát tài liệu, trạm phòng Arlington, Arlington 129 virginia. bộ phận của nhà thầu quốc phòng phải có 'nhu cầu của họ để kiến ​​thức có xác nhận của cơ quan quân sự nhận thức của dự án hoặc hợp đồng của họ.


phần i - ảnh hưởng của một số kim loại envirorlmets titquid trên ther gãy xương đồng

lời nói đầu của tác giả muốn bày tỏ sự đánh giá cao giáo sư Edward eo Hucke cho lợi ích của mình, hướng dẫn, và sự đóng góp hào phóng về thời gian và các đề xuất của mình trong suốt thời gian invebtigation này. những lời khuyên và những đóng góp của các thành viên khác của ủy ban tiến sĩ cũng được ghi nhận sâu sắc.tác giả cũng muốn thừa nhận mr. john Verhoeven và slr. thẳng thắn Drogosz lấy viện trợ và lời khuyên của họ vào việc thiết kế và xây dựng các thiết bị. một khoản trợ cấp học bổng từ các công ty thép Cyclops phổ quát trong khoảng thời gian hai năm được chân thành đánh giá cao. tác giả muốn thừa nhận sự hỗ trợ tài chính của lực lượng không khí thông qua hợp đồng o của họ. af 49 (638) -422. ii

bảng nội dung trang lời tựa ii danh sách các danh sách bảng iv số liệu v trừu tượng ix giới thiệu 1 tài liệu xem xét 3 các tính năng chung của kim loại lỏng tạo ra tính dòn 4 lý thuyết tạo ra tính dòn kim loại lỏng 15 chương trình thử nghiệm 30 thiết bị và quy trình thí nghiệm 32 kết quả thí nghiệm và thảo luận 38 Kết luận 55 tài liệu tham khảo 57 iii

danh sách các bảng 1.tóm tắt các dữ liệu sức mạnh gãy xương. 62 2. thế mạnh của đồng trong môi trường hợp kim chì bitmut lỏng. 63 3. thế mạnh của đồng trong hợp kim lỏng tali-bismuth environments.65 4. thế mạnh của đồng trong môi trường hợp kim cadmium-bismuth lỏng. 66 5. thế mạnh của đồng trong môi trường hợp kim kẽm-bismuth lỏng. 67. thế mạnh của đồng trong môi trường hợp kim antimon-bismuth lỏng. 68 7.công bố điểm mạnh của đồng trong môi trường chì bitmut lỏng; 69 kích thước hạt = 0,025 mm. 8. công bố điểm mạnh của đồng trong môi trường chì bitmut lỏng; 70 kích thước hạt = 0.050 mm. 9. ranh giới hạt cân bằng góc nhị diện trong pb-bi cu hợp kim. 71 10. dữ liệu sử dụng cho hình 13. 72 11. công bố năng lượng miễn phí bề của đồng rắn chất lỏng 73 hệ thống chì-bismuth. 12.dữ liệu sử dụng cho hình 15. 74 iv

danh sách các con số ở trang 1. pha lỏng góc nhị diện nội bộ. 75 2. thả lỏng trên một ranh giới hạt kim loại. 75 3. trạng thái cân bằng của bề mặt, các lực lượng. 75 4. lò chân không. 76 5. lò chân không, phần một-một. 77 6. dây mẫu và hồ chứa kim loại lỏng. 78 7. sức mạnh đồng so với thời gian ngâm trong bismuth. 79 8. mạnh trung bình so với đồngtỷ lệ pb / pb bi. 80 9. sức mạnh của đồng so với tỷ lệ pb / pb bi. kích thước hạt = 0,025 mm. 81 morgan của bảng xxi. (1) 10. sức mạnh của đồng so với tỷ lệ pb / pb bi. kích thước hạt = 0.050 mm. 82 morgan của bảng xxii. (1) 11. so sánh những điểm mạnh cuối cùng của đồng thu được bằng cách morgan 83 và điều tra hiện nay. 12. ranh giới hạt cân bằng góc nhị diện vs tỷ lệ pb / pb bi. 84 13.gãy sức mạnh của đồng vs năng lượng miễn phí bề. 85 14. đồng rắn, lỏng, năng lượng chì-bismuth bề. 86 15. gãy sức mạnh của đồng vs giá trị năng lượng bề morgan của. 87 16. gãy sức mạnh của đồng vs thời gian ngâm trong 10% cd-904bi 88 môi trường. 17. sức mạnh cuối cùng của đồng bị gãy trong các hợp kim lỏng bismuth 89 và một lượng nhỏ các nguyên tố khác.18. sức mạnh cuối cùng trung bình của đồng bị gãy trong chất lỏng-bismuth-90 môi trường hợp kim antimon (wtl). v

trang 19. sức mạnh cuối cùng trung bình của đồng bị gãy trong môi trường bismuth-91 hợp kim kẽm lỏng (wlto). 20. sức mạnh cuối cùng trung bình của đồng bị gãy trong môi trường chất lỏng bismuth-92 hợp kim cadmium s (vt). 21.sức mạnh cuối cùng trung bình của đồng bị gãy trong môi trường bismuth-95 hợp kim tali lỏng (% khối lượng). 22. sức mạnh cuối cùng của đồng bị gãy trong các hợp kim lỏng bismuth 94 lượng and.small của các yếu tố khác (atomo). 23. sức mạnh cuối cùng trung bình của đồng bị gãy nhập môi trường bismuth-95 hợp kim antimon lỏng (nguyên tử%). 24.sức mạnh cuối cùng trung bình của đồng bị gãy trong môi trường bismuth-96 hợp kim kẽm lỏng (atono). 25. sức mạnh cuối cùng trung bình của đồng bị gãy trong môi trường bismuth-97 hợp kim cadmium lỏng (nguyên tử%). 26. sức mạnh cuối cùng trung bình của đồng bị gãy trong môi trường bismuth-98 hợp kim tali lỏng (atomo)). 27. mẫu đồng bị gãy tại 650 ~ e không có mặt môi trường; 10ox. 99 28.vi đồng trước khi gãy xương; 100x. 99 29. phác thảo cho thấy hành vi có thể của sức mạnh gãy xương như một chức năng của rắn - năng lượng bề lỏng. 100 30. phân phối tần số sơ đồ mạch của nội bộ quan sát:. góc độ của pha lỏng trong microsection. 100 31. phân phối tần số sơ đồ góc bên ngoài quan sát của pha lỏng trong microsection. 100 32.mẫu đồng bị gãy tại 650 ~ f trong môi trường dẫn 10g; 100x. 101 533 mẫu đồng bị gãy tại 650 ~ f trong môi trường bismuth loa; 50x. 101 34. mẫu đồng bị gãy tại 650 ~ f trong môi trường bismuth 100L; 500x. 102 35. mẫu đồng bị gãy tại 650 ~ f trong 1.00 môi trường bismuth; 13x. 102 vi

trang 56. mẫu đồng bị gãy tại 650 ~ f trong môi trường 100% bismuth; 20x. 103 37.mẫu đồng bị gãy tại 6500f trong 80% bi-20% môi trường pb; 20x. 103 38. mẫu đồng bị gãy tại 650 ~ f trong 60%% môi trường pb-40 bi; 20x. 104 59. mẫu đồng bị gãy tại 6500f trong 60% môi trường bi-4o0pb; 20x. 104 40. mẫu đồng bị gãy tại 6500f trong môi trường 4obi-6ofpb; l3x. 105 41. mẫu đồng bị gãy tại 6500f 20% môi trường bi-80fpb; 13x. 105 42.mẫu đồng bị gãy tại 6500f không có mặt môi trường; 20x 105 435. mẫu đồng bị gãy tại 6500f trong 60% môi trường bi-40pb; 13x. 106 44. mẫu đồng bị gãy tại 6500f trong 60% bi-40% môi trường pb; 20x. 106 vii


tóm tắt các biến thể của sức mạnh gãy dây đồng rắn đã được điều tra như một chức năng của năng lượng tự do bề giữa mẫu và môi trường kim loại lỏng. nhiều báo cáo trong các tài liệu chỉ ra rằng môi trường rnon-corrosirve có thể có một tác động đáng kể vào sức mạnh gãy kéo của vật liệu.hiệu quả chung của kim loại lỏng là giảm cả sức mạnh và độ dẻo. các môi trường có hại hơn mạnh làm giảm mức độ căng thẳng gãy xương bình thường. các tài liệu tiếp tục cho thấy những thay đổi trong sức mạnh gãy xương do thay đổi điều kiện môi trường có thể được giải thích trên thebasis các nguồn năng lượng tự do bề.các năng lượng bề có liên quan đến gãy xương có vẻ hợp lý không chỉ vì bề mặt tự do được hình thành, mà còn vì môi trường là không ăn mòn, họ không tạo thành hợp chất với các kim loại vững chắc, và tính tan lẫn nhau của họ chủ yếu là zero trong nhiều trường hợp. sau đó ảnh hưởng như vậy phải hành động trên bề mặt. một biện pháp của hiệu ứng bề mặt như vậy sẽ là năng lượng bề,một tài sản vật chất, giữa kim loại vững chắc và môi trường của nó. từ những cân nhắc của các năng lượng cần thiết để truyền bá một vết nứt trong một giòn điều tra trước các tài liệu đã chỉ ra rằng sự căng thẳng gãy xương ix

có thể được xấp xỉ đại diện bởi các phương trình sau: của ~ = k (e 7] ~ kd nơi của sự căng thẳng là gãy xương , e là Youngs mô đun, d là kích thước hạt,7 là tổng số bề mặt miễn phí năng lượng tiêu tốn trong việc phơi bày đơn vị diện tích của mặt vết nứt và k là hệ số dimelnsionless của thứ tự của 5. phần cũ thực nghiệm của công việc này xử lý thiết lập: 1) sự tồn tại của một hiệu ứng của môi trường trên sức mạnh gãy xương; 2) cường độ tương đối của hiệu lực; 3) của giá trị gần đúng của các biểu thức đã cho ở trên.những mục tiêu này được thực hiện bằng cách bẻ gãy dây đồng một phần ẩm ướt của môi trường dẫn-bismuth chất lỏng bên ngoài có hệ thống thay đổi trong thành phần. thay đổi các thành phần của môi trường thay đổi năng lượng tự do bề. nó đã được tìm thấy rằng các vết nứt ứng suất kéo của một dây đồng được giảm bằng cách bổ sung kế tiếp của bismuth với một môi trường leadbismuth. 650 ~ f ví dụ,một môi trường dẫn chất lỏng cho bé giảm sức mạnh trong khi một môi trường bismuth lỏng giảm sức mạnh gãy xương đến 7.200 psi từ 45.000 psi chì lỏng. đồng thất bại một cách dễ gãy giữa các hạt khi bị gãy trong bismuth không có si

Kết quả (Việt) 2:

Vùng hóa học đại học MICHIGAN đại học kỹ thuật và luyện kim kỹ thuật kỹ thuật báo tác dụng của sức căng bề mặt của một môi trường kim loại lỏng trên sức mạnh gãy xương của rắn kim loại D4 A. Kraai S, Floreen C. A, Stickles làm V. Ragone E. Eo Hucke công ipal điều tra viên UMRI dự án 2782 theo hợp đồng với: Ban Giám đốc của rắn nhà nước khoa học quân văn phòng của khoa học nghiên cứu máy nghiên cứu và phát triển lệnh đồng NOo AF 49 (638)-422 WASHINGTON, D C. quản lý bởi: THE UNIVERSITY OF MICHIGAN nghiên cứu viện ANN ARBOR tháng 7 năm 1960

Phần I và II của báo cáo này cũng đã được gửi như các luận văn trong thực hiện một phần của các yêu cầu cho mức độ của bác sĩ triết học tại Đại học Michigan, năm 1960.

Lời nói đầu báo cáo này được chia thành ba phần. Mỗi phần bao gồm một khía cạnh cụ thể của mối quan hệ của bề mặt và môi trường và các hiệu ứng trên các tính chất cơ học của chất rắn. Ly thân này chủ đề nhất thiết phải liên quan đến một số lặp lại chẳng hạn như trong đánh giá văn học. Tuy nhiên, vì lợi ích của sự rõ ràng và nhấn mạnh những khía cạnh khác nhau đã được trao một cách riêng biệt. Mỗi phần tồn tại dưới dạng báo cáo đầy đủ trong chính nó và có của riêng của nó giới thiệu, cơ thể, kết luận, tài liệu tham khảo và số trang, Kết luận của báo cáo kỹ thuật này là tổng kết những kết luận của từng phần. Sau đây là các tiêu đề của mỗi phần: 1.) hiệu ứng một số môi trường kim loại lỏng trên gãy CopperO 2) ảnh hưởng của căng thẳng cho năng lượng bề mặt của chất rắn. 3) Ảnh hưởng của độ bền kéo căng thẳng trên. Tiết diện nhị diện góc trong loại đồng. Đủ điều kiện reques'tors có thể có được cảnh sát-ies của báo cáo này từ - vũ trang dịch vụ kỹ thuật thông tin cơ quan (ASTIA), các trung tâm kiểm soát tài liệu, Arlington Hall Station, Arlington 129 Virginia. Bộ quốc phòng nhà thầu phải có của họ ' cần phải knowl xác nhận của cơ quan quân sự nhận thức của dự án hoặc hợp đồng của họ.


Phần I - ảnh hưởng của một số kim loại TITQUID ENVIRORlMETS ON có gãy xương của đồng

lời nói đầu tác giả muốn nhận đánh giá cao để giáo sư Edward Eo Hucke của mình quan tâm, hướng dẫn, và các đóng góp rộng lượng của thời gian và các đề xuất trong suốt thời gian này inveBtigation của mình. Những lời khuyên và sự đóng góp của các thành viên khác của Hội đồng tiến sĩ cũng gratefully được công nhận. Tác giả cũng muốn thừa nhận ông John Verhoeven và máy ảnh Slr. Frank Drogosz cho viện trợ và lời khuyên về việc thiết kế và xây dựng các thiết bị của họ. Một khoản trợ cấp học bổng từ các công ty cổ phần thép Cyclops phổ quát trong một khoảng thời gian hai năm xin chân thành đánh giá cao. Tác giả muốn thừa nhận sự hỗ trợ tài chính của không quân thông qua của hợp đồng o. AF 49 (638)-422. II

BẢNG nội dung lời nói đầu trang ii danh sách bảng iv danh sách nhân vật v trừu tượng ix giới thiệu 1 văn học REVIEW 3 The Features chung của thiết bị lỏng kim loại Embrittlement 4 lý thuyết của chất lỏng kim loại Embrittlement 15 thử nghiệm chương trình 30 và thủ tục thử nghiệm 32 thử nghiệm kết quả và thảo luận 38 kết luận 55 57 tham khảo iii

danh sách bảng 1. Bản tóm tắt của gãy xương sức mạnh dữ liệu. 62 2. Thế mạnh của đồng trong môi trường lỏng bitmut chì hợp kim. 63 3. Thế mạnh của đồng trong chất lỏng Tali-bitmut hợp kim Environments.65 4. Thế mạnh của đồng trong chất lỏng Cadmium-bitmut hợp kim môi trường. 66 5. Thế mạnh của đồng trong môi trường hợp kim kẽm-bitmut lỏng. 67. Thế mạnh của đồng trong chất lỏng antimon-bitmut hợp kim môi trường. 68 7. Xuất bản các thế mạnh của đồng trong chất lỏng dẫn-bitmut môi trường; Kích thước hạt 69 = 0.025 mm. 8. Xuất bản các thế mạnh của đồng trong chất lỏng dẫn-bitmut môi trường; Kích thước hạt 70 = 0.050 mm. 9. Cân bằng ngũ cốc ranh giới tiết diện nhị diện góc trong Cu-Pb-Bi hợp kim. 71 10. Dữ liệu được sử dụng cho hình 13. 72 11. Được đăng Interfacial miễn phí năng lượng của rắn đồng lỏng 73 dẫn-bitmut hệ. 12. Dữ liệu được sử dụng cho hình 15. 74 iv

danh sách nhân vật trang 1. Giai đoạn chất lỏng nội tiết diện nhị diện góc. 75 2. Thả lỏng trên một ranh giới hạt kim loại. 75 3. Cân bằng các nhà nước của bề mặt, lực lượng. 75 4. Lò chân không. 76 5. Máy hút lò, mục A-A. 77 6. Hồ chứa kim loại dây mẫu vật và chất lỏng. 78 7. Đồng sức mạnh so với giờ của ngâm trong bitmut. 79 8. Trung bình là thế mạnh của đồng vs. Tỷ lệ Pb/Pb Bi. 80 9. Sức mạnh của đồng so với tỷ lệ Pb/Pb Bi. Hạt kích thước = 0.025 mm. 81 Morgan bảng XXI. (1) 10. Sức mạnh của đồng so với tỷ lệ Pb/Pb Bi. Hạt kích thước = 0.050 mm. 82 Morgan bảng XXII. (1) 11. So sánh của các thế mạnh cuối cùng của đồng thu được bởi Morgan 83 và điều tra hiện tại. 12. Cân bằng ngũ cốc ranh giới tiết diện nhị diện góc vs tỷ lệ Pb/Pb Bi. 84 13. Gãy xương sức mạnh đồng vs Interfacial miễn phí năng lượng. 85 14. Rắn đồng, chất lỏng dẫn-bitmut Interfacial miễn phí năng. 86 15. Gãy xương sức mạnh đồng vs Morgan Interfacial năng lượng giá trị. 87 16. Gãy xương sức mạnh đồng vs thời gian ngâm trong 10% Cd-904Bi 88 môi trường. 17. Cuối cùng sức mạnh đồng bị gãy trong chất lỏng các hợp kim của bitmut 89 và một lượng nhỏ các nguyên tố khác. 18. Trung bình cuối cùng sức mạnh của đồng bị gãy trong chất lỏng-bitmut-90 antimon hợp kim môi trường (wtl). v

trang 19. Trung bình cuối cùng sức mạnh của đồng Fractured trong môi lỏng bitmut - 91 Kẽm hợp kim trường (wLto). 20. Trung bình cuối cùng sức mạnh đồng bị gãy trong môi lỏng bitmut - 92 Cadmium hợp kim trường s (Vt). 21. Trung bình là giới hạn bền đồng bị gãy trong môi lỏng bitmut - 95 Tali hợp kim trường (wt %). 22. Cuối cùng sức mạnh đồng bị gãy trong chất lỏng các hợp kim của bitmut 94 và.Một lượng nhỏ của các yếu tố khác (atomo). 23. Trung bình cuối cùng sức mạnh đồng bị gãy trong. Môi chất lỏng bitmut - 95 antimon hợp kim trường (atom %). 24. Trung bình cuối cùng sức mạnh của đồng Fractured trong môi lỏng bitmut - 96 Kẽm hợp kim trường (atono). 25. Bình cuối cùng sức mạnh của đồng bị gãy trong môi lỏng bitmut - 97 Cadmium hợp kim trường (atom %). 26. Trung bình bền của đồng Fractured trong môi lỏng bitmut - 98 Tali hợp kim trường (atomo)). 27. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 650 ~ F với môi trường không có hiện nay; 10OX. 99 28. Microstructure đồng trước khi gãy xương; 100 X. 99 29. Phác họa Hiển thị các hành vi có thể của gãy xương sức mạnh như một chức năng của chất rắn - năng lượng Interfacial lỏng. 100 30. Sơ đồ phân phối tần số của quan sát nội bộ:.Góc độ của các giai đoạn chất lỏng trong Microsection. 100 31. Sơ đồ phân phối tần số góc quan sát bên ngoài trong các giai đoạn chất lỏng trong Microsection. 100 32. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 650 ~ F trong môi trường chì 10g; 100 X. 101 533 Fractured mẫu đồng tại 650 ~ F ở lOa bitmut môi trường; 50 X. 101 34. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 650 ~ F trong 100l bitmut môi trường; 500 X. 102 35. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 650 ~ F trong 1,00 bitmut môi trường; 13 X. 102 vi

trang 56. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 650 ~ F trong 100% bitmut môi trường; 20 X. 103 37. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 6500F trong 80% Bi - 20% Pb môi trường; 20 X. 103 38. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 650 ~ F trong môi trường Pb Bi - 40% 60%; 20 X. 104 59. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 6500F trong môi trường 60% Bi-4o0Pb; 20 X. 104 40. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 6500F trong môi trường 4oBi-6ofPb; l3X. 105 41. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 6500F trong môi trường 20% Bi-80fPb; 13 X. 105 42. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 6500F với môi trường không có hiện nay; 20 X 105 435. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 6500F trong môi trường 60% Bi-40Pb; 13 X. 106 44. Đồng mẫu vật bị gãy lúc 6500F trong Bi 60% - 40% Pb môi trường; 20 X. 106 vii


Tóm tắt các biến thể của gãy xương sức mạnh của dây đồng vững chắc điều tra như là một chức năng của interfacial miễn phí năng lượng giữa các mẫu vật và môi trường kim loại lỏng. Nhiều báo cáo trong các tài liệu cho thấy rằng môi trường rnon-corrosirve có thể có một tác động đáng kể về độ bền kéo gãy xương sức mạnh của vật liệu. Có hiệu lực chung của kim loại lỏng là giảm sức mạnh và độ dẻo. Môi trường hơn bại hoại phong tục mạnh làm giảm mức độ căng thẳng gãy xương bình thường. Các tài liệu hơn nữa cho thấy rằng những thay đổi trong gãy xương sức mạnh do thay đổi điều kiện môi trường có thể được giải thích trên thebasis interfacial miễn phí năng lượng. Interfacial năng lượng được kết hợp với gãy xương có vẻ hợp lý không chỉ bởi vì miễn phí bề mặt được hình thành, mà còn bởi vì các môi trường được không bị ăn mòn, họ không tạo thành các hợp chất với các kim loại rắn, và của solubilities lẫn nhau về cơ bản số không trong nhiều trường hợp. Một hiệu ứng sau đó phải hành động trên bề mặt. Một biện pháp của hiệu ứng bề mặt như vậy sẽ là năng lượng interfacial, một tài sản vật chất, giữa kim loại rắn và môi trường của nó. Cân nhắc của năng lượng cần thiết để truyền bá một vết nứt ở một vật liệu dễ vỡ trước các nhà điều tra đã chỉ ra rằng gãy xương căng thẳng ix

khoảng có thể được biểu diễn bởi phương trình sau đây: của ~ = K (E 7] ~ K d nơi của là căng thẳng gãy xương, E là Youngs mô đun, d là kích thước hạt, 7 là năng lượng miễn phí tất cả bề mặt rộng trong lộ đơn vị diện tích khuôn mặt crack và K là một yếu tố dimelnsionless of the Order of 5. Ex-perimental phần của tác phẩm này xử lý việc xây dựng; 1) sự tồn tại của một tác động của môi trường trên sức mạnh gãy xương; 2) độ lớn tương đối của các hiệu ứng; 3) các ' ước tính hợp lệ của biểu thức được đưa ra ở trên. Những mục tiêu được thực hiện bởi bẻ gãy dây đồng một phần ướt bởi môi trường bên ngoài lỏng dẫn-bitmut có hệ thống khác nhau trong thành phần. Thay đổi các thành phần của môi trường đa dạng năng lượng miễn phí interfacial. Nó được tìm thấy rằng sự căng thẳng độ bền kéo gãy xương của một dây đồng được giảm bằng cách bổ sung kế tiếp bitmut đến một môi trường leadbismuth. Tại 650 ~ F ví dụ, một môi trường chất lỏng chì cho ít giảm trong sức mạnh trong khi môi trường lỏng bitmut giảm sức mạnh gãy xuống 7.200 psi từ 45.000 psi cho lỏng diễn viên chính. Đồng không thành công một cách giòn intergranular khi bị gãy ở bitmut với không si