The role of plastic deformation in liquid metal embrittlement

Abstract

Tensile and four-point bend tests on specimens of polycrystalline copper – 8 wt% aluminum coated with mercury have shown that plastic deformation is a necessary precursor to intergranular fracture. The existence of long cracks associated with unfailed notches indicates that a period of stable crack growth precedes failure. X-ray line broadening and microhardness measurements indicate considerable plastic deformation in the region of the fracture path and an effective surface energy of 109 ergs/cm2 is estimated. It is suggested that there is no critical applied stress criterion for this type of fracture, but that decohesion is due to the creation of a localized condition of instability at the crack tip from the creation of dislocation pile-ups against the grain boundary just ahead of the crack and the weakening of cohesive bonds in this area by the penetration of liquid metal atoms into it. Résumé Des essais de traction et de flexion entre 4 points sur du cuivre polycristallin contenant 8% poids d'aluminium et recouvert de mercure ont démontré qu'il est nécessaire d'avoir une déformation plastique pour obtenir une rupture intergranulaire. La présence de longues fissures associées à des entailles non rompues indique qu'une période de croissance stable de la fissure précède la rupture. Un élargissement des raies de diffraction et des mesures de microdureté montrent une déformation plastique importante dans le voisinage de la propagation de la rupture et une énergie de surface effective de 109 ergs/cm2 est estimée. Il est suggéré qu'il n'y a pas, pour ce type de rupture, de critère de contrainte critique, mais plutôt que la décohésion est causée par la création d'une condition localisée d'instabilité en tête de la fissure due à des empilements de dislocations aux joints de grain, immédiatement en avant de la fissure et é l'affaiblissement des liaisons dans cette région par la pénétration d'atomes de métal liquide.