Micromechanisms of intergranular brittle ftacture in intermetallic compounds

(Received 6 June 1990, accepted 11 September 1990)

Abstract
Grain boundaries in intermetallic compounds such as Ni ₃A1 are inherently brittle. The reason is usually sought in grain boundary cohesion but in metals even brittle fracture is accompanied by some local plasticity and thus not only cohesion but also dislocation mobility in the boundary region need to be studied. We first discuss here the role of an irreversible shear deformation at the crack tip during microcrack propagation assuming that these two processes are concomitant. It is shown that a pre-existing crack cannot propagate in a brittle manner once the dislocation emission occurs. However, if a microcrack nucleates during loading it can propagate concurrently with the development of the irreversible shear deformation at the crack tip. The latter is then the major energy dissipating process. In the second part of this paper we present results of atomistic studies of grain boundaries in Ni ₃A1 and CU ₃Au which suggest that substantial structural differences exist between strongly and weakly ordered L1 ₂ alloys. We discuss then the consequence of these differences for intergranular brittleness in the framework of the above model for microcrack propagation. On this basis we propose an explanation for the intrinsic intergranular brittleness in some L1 ₂ alloys and relate it directly to the strength of ordering.

Résumé
Les joints de grains dans les composés intermétalliques de type Ni ₃AI sont de nature fragile. L'origine de cette fragilité est habituellement dans la cohésion des joints de grains. Dans les métaux, cependant, même la rupture fragile est accompagnée d'une certaine déformation plastique locale, de telle sorte que non seulement la cohésion mais aussi la mobilité des dislocations près des joints doit être étudiée. Nous discutons d'abord le rôle d'une déformation en cisaillement irréversible en tête de fissure pendant la propagation de cette fissure, en supposant que les deux processus sont concomitants. Nous montrons qu'une fissure préexistante ne peut pas se propager de manière fragile, une fois que l'émission de dislocations se produit. Cependant, si une microfissure apparaît pendant le changement, elle peut se développer en concurrence avec le développement d'un cisaillement irréversible en tête de fissure. Ce demier est alors le principal mécanisme dissipatif d'énergie. Dans la deuxième partie de cet article, nous présentons des résultats d'études atomiques de joints de grain dans Ni ₃AI et CU ₃Au, suggérant qu'il existe des différences de structure substancielles entre les alliages L1 ₂ fortement et faiblement ordonnés. Nous discutons ensuite la conséquence de ces différences pour la fragilité intergranulaire, à l'aide du modèle ci-dessus pour la propagation des microfissures. Sur cette base, nous proposons une explication pour la fragilité intergranulaire intrinsèque de quelques alliages L1 ₂, et nous la relions directement au degré d'ordre.