Quantitative measurement of persistent slip band profiles and crack initiation

In many materials (which have no extended flaws) crack initiation happens by slip localisation in so-called persistent slip bands. The mechanism of this crack nucleation is not yet understood quantitatively and is not accessible by direct experimentation, since the rugged surface structure of the slip band hinders reliable observation of crack nuclei from the outside of the specimen. Therefore a sectioning technique was developed, which produces a section perpendicular to the average specimen surface with an edge accuracy of 20 nm (resolution of the SEM). With this technique the development of the surface topography until the nucleation of cracks was observed in copper crystals. The surface topography is non-random from the very beginning. Extrusions with a triangular cross section with a 2 μm base width are formed. Crack nucleation happens preferentially along the interface between persistent slip bands and matrix. The local plastic strain amplitude in the persistent slip bands was found to be the parameter which correlates best with the life via a Coffin-Manson type relationship. Dans de nombreux matériaux (qui n'ont pas de pailles étendues), la germination des fissures se produit par la localisation du glissement dans des bandes de glissement persistantes. Le Mécanisme de cette germination n'est pas encore compris quantitativement et n'est pas accessible directement à l'expérience, car la structure superficielle raboteuse de la bande de glissement s'oppose à une observation fiable des germes de fissure à partir de l'extérieur de l'échantillon. C'est pourquoi nous avons développé une technique de coupe qui permet d'obtenir une section perpendiculaire à la surface moyenne de l'échantillon avec une précision de 20 nm (resolution du microscope à balayage). Grâce à cette technique, nous avons observé le développement de la topographie superficielle jusqu'à la germination des fissures dans des cristaux de cuivre. La topographie superficielle apparait non aléatoire dès le début. On observe la formation d'extrusions de section triangulaire, avec une base de 2 μm de largeur. La germination des fissures se produit préférentiellement à l'interface entre les bandes de glissement persistantes et la matrice. Nous avons trouvé que l'amplitude de la déformation plastique locale dans les bandes de glissement persistantes était le paramètre qui était le mieux lié à la durée de vie, par une relation du type de Coffin et Manson. In vielen Werkstoffen, die keine besonderen