Механические свойства металлов
| Листать книгу |
|---|
| Листать |
| Страницы:
1 ... 19 ... 57 ... 95 ... 133 ... 171 ... 209 ... 247 ... 285 ... 323 ... 350 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 скачать книгу Механические свойства металлов деформационного упрочнения, возрастает. На II стадии линейного упрочнения поликристалла de/dS ... вых не может быть охарактеризован своей, принципиально отличной от других структурой поверхностного рельефа. Из-за неоднородности деформации поликристаллического металла многие элементы этой структуры сохраняются в значительном диапазоне степеней деформации, и по мере растяжения происходят только ее количественные изменения. Еще на макр_оупг^гом участке — до напряжения So начала макропластической деформаций —в отдельных зернах наблюдаются линии и даже полосы скольжения. На I стадии (от S0 до Si) происходит увеличение площади поверхности растягиваемого поликристалла, на которой наблюдаются признаки пластической деформации скольжением. К моменту достижения точки, соответствующей напряжению Si, уже во всех выходящих иа поверхность зернах видны полосы скольжения, т. е. завершается стадия множественного скольжения практически во всем объеме поликристалла. ... II стадия (см. рис. 36,6, от Si до S2) завершается после того, как во всех зернах пластическая деформация будет осуществляться за счет интенсивного поперечного скольжения (отдельные области с признаками этой стадии — волнистостью линий скольжения, фрагментацией полос — наблюдаются уже на I стадии). Наконец, III стадия пластической деформации, где происходит параболическое упрочнение, по характеру кривой S—е ... Рнс. 36. Стадии пластической деформации поликристаллов с г. ц. к. решеткой ... Если сопоставить кривые деформационного упрочнения моно- и поликристалла из одного металла (рис. 37), то легко убедиться, что большая часть этой кривой для поликристалла соответствует напряже ... ниям, превышающим то, которое необходимо для перехода к III стадии деформации монокристалла (см. рис. 37, точка С). ... где количество скоплений и плотность дислокаций уже достигли предельной величины. Таким образом, коэффициент деформационного упрочнения поликристаллов зависит от размера зерна только на начальных стадиях пластической реформации. ... Для получения количественных зависимостей напряжения от деформации в поликристаллах необходимо статистически усреднить диаграммы деформации каждого зерна-монокрпсталла и одновременно учесть вклад границ зерен в упрочнение. Даже для монокристалла задача теоретического вывода уравнений t—f(g), ... пластическая деформация монокристаллов может идти в основном путем базисного скольжения, а в том же поликристаллическом металле удлинение будет происходить за счет небазисного- скольжения и двойникования. В таком случае кривую упрочнения монокристалла, естественно, нельзя использовать для расчета кривых S—е ... Деформация двойникованием идет в тех случаях, когда скольжение но тем или иным причинам затруднено. Даи-багюе_^шлхх-^ойникова1ше ... Схема макроудлинения образца при растяжении в результате образования двойников показана на рис. 20, б. Видно, что при двойниковании происходит сдвиг одной части кристалла относительно другой вдоль определенной плоскости и направления двойникования. Плоскость двойникования — это обычно кристаллографическая плоскость с малыми индексами, которая является плоскостью симметрии двойникового образования относительно исходного кристалла. ... Пластическая деформация металлов двойникованием ... Двойникование по одной плоскости не может обеспечить значительной пластической деформации металла. Это объясняется тем, что смещение атомов в каждой плоскости двойникования происходит только один раз и на доли межатомного расстояния (рис. 38). ... В результате г. п. металлы с с/а^ 1,633 (Cd, Zn, Mg), где действует в основном один тип плоскостей двойникова-ния^ {1012}, не могут сильно деформироваться за счет двойникования. С увеличением числа действующих плоскостей и направлений двойникования при переходе к г. п. ме- ... Рис. 38. Схема смещения атомов при Рис. 39. Двойники деформации в образовании двойника ... При металлографическом исследовании в световом и электронном микроскопах каждый двойник деформации выявляется в виде двух параллельных полос (следов его пересечения с поверхностью излома, шлифа или фольги) (рис. 39). Внешне они похожи на двойники отжига, наблюдающиеся в металлах с рекристаллизованиой структурой. Специфичным для двойников деформации является очень малая ширина полос (особенно в о. ц. к. металлах— обычно меньше 5 мкм) и характерные сужения на концах (см. рис. 39). В поликристалле двойники никогда не переходят из одного зерна в другое. Обычно они заканчиваются внутри зерна, а если доходят до границы, то возникающие в месте этого стыка напряжения могут способствовать появлению двойника в соседнем зерне, где он будет иметь иную ориентировку. ... Схема на рис. 20,6 и рис. 39 показывают положение и вид двойников уже после их образования. Сам же механизм зарождения и роста двойников остается предметом дискуссий. Конечная схема перемещения атомов внутри двойника представлена на рис. 38. Видно, что в отличие от скольжения, при котором атомы смещаются как минимум на одно межатомное расстояние, двойникование осуществляется за счет меньших смещений, последовательно проходящих в параллельных плоскостях. Однако до конца не ясно, каким образом происходят такие смещения атомов, а установить это экспериментально сложно. Дело в том, что скорость образования двойников обычно очень велика и последовательно проанализировать процесс не удается. Из-за высокой скорости двойникования выделение энергии деформации сопровождается характерными звуками. Например, олово и такие г. п. металлы, как кадмий и цинк, потрескивают при изгибе. ... Считается, что двойник растет за счет перемещения особых двойникующих дислокаций. Картину пластической деформации двойникованием изучают фактически только на макроуровне, наблюдая уже «готовые» двойники, число которых растет по мере увеличения степени деформации. ... На боковых границах двойника с окружающей матрицей всегда образуется дефект упаковки. Границы эти являются когерентными, т. е. в расположении атомов по обе стороны имеется закономерная связь. Когерентные границы обладают относительно низкой энергией и высокой устойчивостью и сохраняются даже после высокотем- ... Когерентным границам очень трудно мигрировать, и поэтому двойники растут не в ширину, а в длину и только в результате миграции некогерентных торцовых границ. Кривые деформационного упрочнения при пластической ... деформации двойникованием специфичны. Если деформация начнется путем скольжения, то будет происходить обычное деформационное упрочнение вплоть до точки а ... Рас. 40. Кривая деформационного упрочнения при пластической деформации двойникованием ... деформация двойникованием характеризуется зубчатостью диаграммы деформации и слабым упрочнением, которое может усилиться, если увеличится вклад скольжения. ... В предыдущих разделах дано общее качественное представление о картинах пластической деформации и закономерностях деформационного упрочнения при низкотемпературном растяжении чистых металлов. Было показано, что пластическая деформация и упрочнение сильно зависят от типа решетки, ориентировки кристалла, способа деформации (скольжением или двойникованием.). ... Рассмотрим теперь влияние ряда других важнейших факторов, определяющих существенные особенности деформации и упрочнения чистых металлов и, следовательно, многие их механические свойства. ... формации [и при любых допущениях о механизмах торможения дислокаций, см. формулы (26), (32) и др.]. Следовательно, при прочих равных условиях коэффициент деформационного упрочнения сравниваемых металлов также пропорционален их модулям. Чтобы исключить различия в кривых деформационного упрочнения, обусловлен* ные разницей в модулях упругости, мы и откладываем по оси ординат на рис. 41 отношения t/G ... В металлах с высокой энергией дефектов упаковки редко образуются плоские скопления дислокаций, подобные показанным на рис. 27, а. ... Повышенную склонность к образованию ячеистой структуры вследствие облегченного поперечного скольжения можно качественно объяснить следующим образом (рнс. 42). На начальных стадиях множественного скольжения в результате пересечения дислокаций разных систем образуются барьеры (см. рис. 42, а). После того как такие барьеры появились, дислокации, которые еще продолжают генерировать источники, тормозятся у них. ... Рнс. 41. Сопоставление кривых деформационного упрочнения раз" ных металлов (Мак Лин) ... ио растянуты, их переход в новые плоскости затруднен, то образуются мощные плоские скопления (см. рис. 42, а). Работа источника Mi ... Рис. 42. Схемы формирования «гомогенной» (а) н ячеистой ... образование двойниковой границы связано с необходимостью создания дефекта упаковки, уменьшение его энергии увеличивает вероятность двойникования. Зависимость критического напряжения начала двойникования tRB ... Помимо структуры металла (тип решетки, моно- и поликристалл, ширина полосы дефекта упаковки), на картине пластической деформации сильно сказываются внешние условия проведения деформации. ... Рассмотренная картина деформации и упрочнения при одноосном растяжении относится к наиболее простой схеме напряженного состояния, широко используемой в механических испытаниях и часто реализуемой на практике. Применение более сложных схем испытания не должно вызывать качественных изменений. Конечно, при плоских и объемных схемах напряженного состояния обеспечить скольжение дислокаций в одной системе практически невозможно. Стадии же множественного и интенсивного поперечного скольжения будут характеризоваться качественно аналогичными, хотя и еще более сложными картинами линии скольжения и дислокационной структуры. Сохранятся и общие закономерности деформационного упрочнения. ... Изменение схемы напряженного состояния меняет текстуру деформации. Например, при кручении (разноименное плоское напряженное состояние) г. ц. к, металла текстура соответствует уже направлениям <111> и <110>. ... Схема нагружения может существенно сказываться на пластической деформации двойникованием, особенно металлов с г. п. решеткой. Например, если деформировать монокристалл цинка с базисной плоскостью, ориентированной вдоль его оси, то при растяжении двойникование будет идти, а при сжатии нет (такой кристалл при сжатии будет деформироваться сбросообразованием). Если же деформировать монокристалл магния с той же ориентировкой, то картина будет обратная: двойникование идет при сжатии н не идет при растяжении. Причины этих эффектов ... связаны с особенностями кристаллографии двойнмкования в г, п. кристаллах с разным отношением с/а. ... показаны на примере трехста-дийного растяжения монокристаллов никеля (рис. 43). Видно, что подъем температуры холодной деформации приводит к.снижению уровня напряжений течения, сокращению первых двух стадий, пластической деформации и расширению третьей, уменьшению ко ... лов при разных температурах могут заметно различаться по коэффициенту деформационного упрочнения и уровню напряжений течения (рис. 44). ... Чем легче идет поперечное скольжение при самых низких температурах, тем меньше влияние нагрева на dS/de. ... рое можно определить экспериментально. Чем ближе это отношение к единице, тем более значительно влияние температурной зависимости напряжения течения. Но эксперименты показывают, что для чистых металлов температурная зависимость сопротивления деформации незначительна, и главной причиной влияния температуры на напряжение течения и коэффициент упрочнения является разница в ... где AS— изменение напряжения течения, вызванное мгновенным изменением температуры при деформации (с постоянной скоростью), равное Sc ... Процессы термического возврата заключаются в устранении неравновесного избытка точечных дефектов и, главное, в перестройке дислокационной структуры, формирующейся при деформации. При самопроизвольной перестройке свободная энергия кристалла должна снизиться, поэтому в результате возврата уменьшается плотность дислокаций, а остающиеся стремятся образовать устойчивые конфигурации, отличающиеся минимальной энергией, например в виде стенок или сеток, являющихся малоугловыми границами. Образование плоских дислокационных границ во время деформации называют динамической ... Существенная перестройка дислокационной структуры при возврате возможна лишь в условиях активного протекания термически активируемых процессов — поперечного скольжения и особенно переползания дислокаций. Поэтому чем выше температура, тем полнее возврат. ... При высокотемпературной деформации перемещение дислокаций происходит под действием одновременно внешних напряжений и температурного воздействия (в отличие от возврата при отжиге после деформации). Здесь дислокации, в том числе краевые и смешанные, а также расщепленные, не привязаны так жестко к «своей» плоскости скольжения, как при низкотемпературной деформации, и могут легко переходить из одной плоскости в другую, выбирая себе самый легкий путь. Это можно рассматривать как появление дополнительной степени свободы у дислокаций. При таком внешне произвольном и неупорядоченном движении дислокаций увеличивается вероятность их встреч, и поэтому растет, с одной стороны, число случаев их аннигиляции (из-за этого уменьшается плотность дислокаций), а с другой — склонность к образованию регулярных дислокационных структур, для которых характерно объединение большинства дислокаций в малоугловые границы. Такая полигонизованная структура с хорошо сформированными субзеренными границами наблюдается' после деформации алюминия, например, уже при комнатной температуре, которая для него равна 0,31 7ПЛ (см. рис. 27, д). ... Понятно, что термический возврат приводит к разупрочнению. Таким образом, в процессе деформации при повышенных температурах деформационное упрочнение из-за повышения плотности дислокаций и увеличения эффективности их торможения будет конкурировать с разупрочне- ... нием из-за снижения плотности дислокаций и совершенствования дислокационной структуры в результате термического возврата. ... Диапазон температур от 0,2—0,25 до 1 по гомологической шкале делится на два интервала, граница между которыми соответствует (0,5—0,6) Тап. ... В процессе теплой деформации термический возврат всегда неполный, т. е. число вновь образующихся дислокаций здесь больше, чем число аннигилирующих. Поэтому при теплой деформации, как и при холодной, деформационное упрочнение проходит от начала нагружения и вплоть до разрушения. Трехстадийность упрочнения монокристалла с повышением температуры теплой деформации посте ... пенно полностью устраняется, н деформация практически целиком может быть отнесена к III стадии интенсивно развитого поперечного скольжения н переползания дислокаций. Геометрия кривых упрочнения поликристаллов при переходе от холодной к теплой деформации ... Максимальная плотность дислокаций, достигаемая в результате теплой деформации, обычно не превышает 1010—Ю11 см~2, т. е. на один-два порядка ниже, чем после холодной. ... Горячая деформация имеет много общего с теплой, но принципиально отличается от нее полнотой термического возврата в определенном диапазоне степеней деформации. Поэтому стадийность горячей деформации качественно иная, чем при теплой и тем более холодной деформации. На рис. 45 схематично показаны два возможных типа кривых горячей деформации (качественно они являются общими для моно- и поликристаллов). Кривая J ... На этой стадии термический возврат проходит частично, плотность дислокаций растет, и поэтому происходит определенное деформационное упрочнение. С увеличением степени деформации на стадии горячего наклепа формируется сначала ячеистая, а затем иолигонизованная структура — идет динамическая полигонизация. К моменту достижения точки ... термический возврат, скорость которого контролируется наиболее медленным процессом переползания дислокаций, становится полным, и начинается вторая — установившаяся стадия горячей деформации (см. рис. 45, участок ... Эта стадия характеризуется близким к нулю деформационным упрочнением (на экспериментальных кривых может наблюдаться слабое упрочнение или разупрочнение), субструктура тоже.практически не меняется — форма, размер субзерен и плотность дислокаций (109, изредка 1010 см-2) остаются постоянными. ... Кривые горячей деформации, подобные кривой 2 на рис. 45, обычно характерны для металлов с низкой энергией дефектов упаковки. В этом случае наблюдаются три стадии горячей пластической деформации. На первой (участок ab) ... Переход к установившейся стадии горячей деформации и в случае динамической полигонизации, и прн динамической рекристаллизации происходит после истинной деформации на 10—50%. С повышением температуры горячей деформации установившаяся стадия начинается все раньше, снижается уровень напряжении течения, уменьшается вероятность динамической рекристаллизации (из-за уменьшения степени горячего наклепа). ... Еще одной особенностью горячей деформации поликристаллов является заметное развитие межзеренной деформации, т. е. смещения зерен одного относительно другого по поверхности границ. До сих пор мы игнорировали этот механизм деформации, считая, что она осуществляется только за счет перемещения дислокаций внутри зерен. При холодной и теплой деформации вкладом межзеренных смещений в общую деформацию можно было пренебречь без большой погрешности. При горячей же деформации этот вклад может стать значительным, однако только при малых скоростях н в мелкозернистых материалах. Более подробно межзерениая деформация будет рассмотрена при анализе высокотемпературной ползучести (см, гл. VIII). ... При статическом нагружении увеличение скорости деформации влияет на формирующуюся структуру и упрочнение качественно так же, как снижение температуры. Это легко понять, если учесть, что при всех температурах, в том числе низких, при пластической деформации конкурируют процессы упрочнения и разупрочнения (динамичен кий и термический возврат). При этом полнота протекания термически активируемых процессов разупрочнения, связанных с поперечным скольжением и переползанием дислокаций, должна быть тем больше, чем длительнее деформация, т. е. чем меньше ее скорость. Особенно сильно влияние скорости деформации при повышенных температурах. На рис. 46 показаны кривые горячего кручения с разными скоростями стали с 0,25 % С при 1100°С. Видно, насколько существенно снижается уровень напряжений течения н меняется геометрия кривых по мере уменьшения скорости деформации, обеспечивающего более полное протекание термического возврата. С увеличением скорости при данной .температуре горячей деформации должна ... увеличиваться вероятность динамической рекристаллизации. При больших скоростях горячей деформации она наблюдается даже в металлах с высокой энергией дефектов упаковки, например в алюминии. ... Скорость деформации наряду с температурой и приложенным напряжением является фундаментальным параметром в теории пластичес ... кой деформации. За последнее десятилетие получила широкое развитие теория термически активируемой пластической деформации металлов, базирующаяся на термодинамическом подходе к анализу движения дислокаций. Это движение вызывает деформацию, и, следовательно, деформация должна контролироваться теми же процессами, которые определяют перемещение дислокаций. В теории ... ются с позиций преодоления дислокационными отрезками различных препятствий под действием приложенного напряжения, термического возбуждения (активации) или обоих этих факторов одновременно. Такой подход с успехом используется для анализа пластической деформации при любой температуре. ... При движении дислокаций в кристалле им приходится преодолевать близко- и дальнодействующие поля упругих напряжений от препятствий (рис. 47). Путем термической активации могут преодолеваться только близкодействующие препятствия. Для этого необходимо, чтобы относительно небольшое количество атомов в области дислокаций у препятствия в результате тепловых флуктуации приобрело энергию, достаточную для преодоления этого препятствия при напряжении, меньшем того, которое требуется для его преодоления всей дислокацией. Таким образом, напряжение, необходимое для перемещения дислокаций, складывается из двух составляющих — атермического te ... ции дислокация все-таки может преодолеть барьер. Для этого должна быть затрачена энергия активации #, которая определяется заштрихованной на рис. 48 площадью под кривой Р(х), ... дячими порогами, поперечным скольжением винтовых дислокаций, переползанием краевых и смешанных дислокаций и др. Каждый из этих процессов характеризуется своей энергией активации и автивационным объемом. Например, когда происходит пересечение скользящих дислокаций с неподвижными, то энергия активации процесса равна энергии образования порога, а при переползании оиа соответствует энергии активации самодиффузии. В том случае, когда деформация определяется поперечным скольжением единичных винтовых дислокаций, величина энергии активации зависит от увеличения длины дислокациониой линии по сравнению со скольжением в ... Факт повышения уровня напряжений течения при увеличении скорости деформации позволил ввести представление о скоростном упрочнении. Напряжение течения 5 ... До сих пор, рассматривая пластическую деформацию, мы абстрагировались не-только от легирующих элементов, но и от примесей, всегда присутствующих даже в технически чистых металлах. Однако картина пластической деформации и закономерности деформационного упрочнения реальных металлических материалов принципиально не отличается от рассмотренной. В то же время примеси и легирующие добавки в твердых растворах и в виде избыточных фаз могут заметно влиять на детали этой картины. ... Инородные атомы, находящиеся в узлах или междоузлиях кристаллической решетки базового металла, могут вызывать изменение картины пластической деформации в основном за счет четырех эффектов: 1) ... Образование на дислокациях примесных атмосфер (Коттрелла, Сузуки, Снука) затрудняет их перемещение, особенно при низких температурах, повышает напряжение, необходимое для начала работы дислокационных источников. На картине пластической деформации это может проявляться по-разному. Блокировка дислокационных источников затрудняет переход к новым системам скольжения, поэтому примеси могут вызывать, в частности, удлинение стадии легкого скольжения. В то же время такая блокировка приводит к началу пластической деформации при более высоких напряжениях, после разблокировки дислокаций, а в этих условиях облегчается множественное и поперечное скольжение, что особенно важно для поликристаллов. Следует отметить, что эффективная блокировка достаточно большого количества дислокаций за счет образования примесных атмосфер Коттрелла возможна даже при очень низких концентрациях инородных атомов ... (10—2—10~3 %). Атмосферы Сузуки насыщаются при концентрации инородных атомов, равной нескольким атомным процентам. Поэтому влияние блокировки дислокаций проявляется и в сплавах, и в нелегированных металлах технической чистоты. ... венным: на порядок и больше (рис. 49). На примере благородных металлов первой группы с г. ц. к. решеткой показано, что величина этой энергии уменьшается тем сильнее, чем больше разница в валентностях матрицы н растворенного элемента. При значительных концентрациях последнего энергия дефекта упаковки может стать на порядок меньше, чем у металла-основы, в результате чего поперечное скольжение дислокаций сильно затруднится. ... пластической деформации скольжением на III стадии и увеличение коэффициента упрочнения (см. предыдущий раздел). ... Снижение энергии дефекта упаковки облегчает двойникование. Это имеет важное практическое значение: легирование, способствующее облегчению двойникования, используется как метод повышения пластичности хрупких металлов, в которых деформация скольжением почти не идет. Типичный пример легирования для облегчения двойникования— введение в хладноломкие о. ц. к. металлы (W, Мо, Сг) рения. Даже в твердых растворах с г, ц. к. решеткой двойникование настолько облегчается, что мы часто встречаемся с ним при относительно высоких температурах (например, в медных сплавах до ~500 К). ... Инородные атомы в решетке твердого раствора являются центрами искажения, вокруг которых возникают поля упругих напряжений. Движение дислокации в такой искаженной решетке затруднено по сравнению с чистым металлом: растут силы трения, препятствующие перемещению дислокаций. Степень прироста сил трения тем больше, чем сильнее разница в размерах атомов основы и ... добавки и их электронной структуре. В качестве количеств венного параметра размерного несоответствия используют величину ... Увеличение сил трения в твердых растворах часто связывают также с разницей в модулях упругости основы (G) ... Сила трення дополнительно возрастает в результате упорядочения атомов внутри твердого раствора. В неупорядоченном растворе и при наличии ближнего порядка за счет увеличения сил трения затрудняется переход дислокаций в новые системы скольжения. Это приводит к тем же последствиям, что и затруднение поперечного скольжения за счет уменьшения энергии дефекта упаковки. При скольжении дислокаций в решетке твердого раствора с ближним порядком в расположении атомов этот порядок нарушается, и энергия сплава увеличивается. Создается дополнительное сопротивление перемещению дислокаций, пропорциональное энергии границы разупорядоченной области. ... При образовании дальнего порядка пластическая деформация скольжением осуществляется за счет перемещения парных дислокаций, связанных антифазной границей. Это аналогично скольжению растянутых дислокаций, причем расстояние между полудислокациями в упорядоченном твердом растворе влияет иа их поведение качественно так же, как ширина дефекта упаковки. В результате картина пластической деформации прн множественном скольжении в сплаве с дальним упорядочением близка к той, которая наблюдается в металлах и твердых растворах с очень низкой энергией дефекта упаковки. Однако дальнему порядку соответствует короткая, а не удлиненная стадия легкого скольжения. Влияние дальнего порядка на пластическую деформацию наиболее заметно в растворах с г. ц. к. решеткой н значительно слабее в о. ц. к. и г. п. растворах. ... ции (кроме упорядочения) проявляются тем легче, чем ниже температура деформации. С повышением температуры влияние растворимых примесей и легирующих элементов ослабляется из-за размытия примесных атмосфер и активного развития термически активируемых процессов. ... Примеси в технических металлах и малые количества легирующих элементов, входящих в твердый раствор, влияют на внд кривых деформационного упрочнения в основном через образование примесных атмосфер на дислокациях. Это проявляется, как правило, на начальных этапах ... Отличия деформационного упрочнения концентрированных твердых растворов от чистых металлов при низких температурах наиболее полно можно выявить, сопоставив соответствующие кривые монокристаллов, благоприятно ориентированных для одиночного скольжения. На рис. 50 та ... идентичности процессов, определяющих упрочнение чистых металлов и твердых растворов. В то же время видно, что растворение легирующего элемента вызывает прогрессирующие: I) повышение критического напряжения сдвига; 2) удлинение стадии легкого скольжения; 3) повышение напряжений перехода ко II и особенно III стадиям; 4) ... Рост критического напряжения сдвига /кр обусловлен увеличением сил трения при движении дислокаций в решетке с наличием инородных атомов. С повышением концентрации твердых растворов замещения tKp ... Рнс. 50. Кривые деформационного упрочнения никеля и твердых растворов кобальта в никеле при 295 К (Майснер) ... образом параметрами несоответствия размеров атомов и модулей упругости основы и добавки. Для твердых растворов на базе меди dtuv/dC ... Увеличение протяженности I стадии деформации при легировании — результат затруднения начала скольжения в новых плоскостях: если критическое напряжение сдвига возрастает, то концентрация напряжений у скоплений дислокаций в твердом растворе, необходимая для инициирования скольжения в новых плоскостях, тоже растет и, следовательно, легкое скольжение может продолжаться до больших деформаций. ... Особенно важным является повышение напряжения перехода к III стадии и увеличение здесь коэффициента упрочнения. Это связано с затруднением в результате легирования поперечного скольжения дислокаций (из-за увеличения сил трения), упорядочения и, очень часто, уменьшения энергии дефекта упаковки. В результате коэффициент деформационного упрочнения и уровень напряжений течения поликристаллических сплавов — твердых растворов оказываются более высокими, чем у чистого металла. ... Количественно разница в уровнях напряжения течения и в деформационном упрочнении поликристаллов чистого металла и твердого раствора колеблется в широких пределах и определяется типом решетки и различием таких уже рассмотренных параметров, как энергия дефекта упаковки, размерное и электрохимическое несоответствие атомов растворителя н добавки, степень порядка и др. Например, при комнатной температуре коэффициент упрочнения г. ц. к. поликристаллов Ni3Fe, Cu3Au и Au3Cu с упорядоченной структурой примерно в два раза больше, чем в отсутствие дальнего порядка. В то же время упорядочение сплавов с о. ц. к. и г. п. решетками слабо сказывается на деформационном упрочнении. Ясно, что увеличение разницы в энергиях дефекта упаковки сплава и исходного металла, а также степени атомного несоответствия легирующего элемента и основы должно при прочих равных условиях усиливать различия в деформационном упрочнении. ... Чем ниже температура испытания, тем более значительны эти различия твердых растворов и чистых металлов. Но если они обусловлены упорядочением, то влияние температуры становится неоднозначным; если с повыше-. ... Легирование растворимыми элементами, снижая энергию дефектов упаковки, увеличивает вероятность динамической рекристаллизации прн горячей деформации с соответствующим изменением характера кривых деформации. ... Частицы избыточных фаз могут еще более существенно, чем растворенные атомы, влиять на пластическую деформацию во всем интервале гомологических температур. Обычно в сплавах они находятся в окружении матрицы — твердого раствора на базе основного металла — и являются эффективными барьерами для скользящих в матрице дислокаций. ... Легирующие элементы, вызывающие образование избыточных фаз, усиливают деформационное упрочнение с самого начала пластического течения. При наличии достаточно большого количества дисперсных частиц стадия легкого скольжения может быть полностью подавлена, и кривая упрочнения монокристалла имеет тот же вид, что и у поликристалла. Частицы здесь тормозят дислокации уже на начальных этапах деформации, способствуя множественному скольжению. По мере деформации таких сплавов степень упрочнения может возрастать за счет образования дислокационных петель между частицами и соответствующего уменьшения «эффективного» расстояния между ними. Частицы второй фазы затрудняют как консервативное скольжение дислокаций, так и переход их в новые плоскости путем поперечного скольжения н переползания. Поэтому они способствуют увеличению коэффициента упрочнения н росту напряжений течения на всех стадиях деформации и практически при всех температурах (хотя, конечно, с повышением температуры их упрочняющее действие ослабляется). ... Как известно, дислокации могут преодолевать частицы избыточной фазы либо путем их перерезания, либо путем обхода с образованием дислокационных колец вокруг этих частиц. Перерезание возможно в том случае, если решетка частицы когерентна матрице, как, например, у выделений, образующихся на ранних стадиях старения. Вторым условием перерезания является настолько малое расстояние между когерентными частицами, чтобы дислокация не могла пройти между ними. ... Если расстояние между когерентными выделениями становится больше некоторого критического, оии обходятся дислокациями так же, как некогерентные частицы вто- ... рой фазы. В этом случае напряжение, необходимое для проталкивания дислокаций между частицами, обратно пропорционально расстоянию между ними. ... В зависимости от способа преодоления дислокациями частиц второй фазы наблюдаются определенные различия в картине пластической деформации. При действии механизма перерезания деформация идет по меньшему числу систем скольжения, где действуют достаточно высокие приведенные напряжения сдвига. Локализация деформации выражается в меньшем числе линий и полос скольжения, располагающихся на относительно большом расстоянии друг от друга. При этом довольно быстро образуются мощные дислокационные скопления, способствующие преждевременному разрушению. ... При обходе частиц пластическая деформация более равномерна, и в результате деформационная способность сплава оказывается выше. ... Как известно, при пластической деформации резко увеличивается концентрация точечных дефектов, в первую очередь вакансий. Это приводит к ускорению диффузионных процессов при испытании. В технических сплавах ускорение диффузии во время испытания проявляется особенно часто и имеет важное значеине. Это относится в первую очередь к тем сплавам, в которых возможны диффузионные фазовые превращения. Последние (особенно при повышенных температурах испытания) могут вызывать различные аномалии упрочнения: например, в стареющих сплавах повышение температуры в определенном диапазоне ведет ие к снижению, а к повышению напряжений течения и коэффициента деформационного упрочнения однофазного до испытания материала. ... В гетерофазных сплавах с высокодисперсной структурой одновременное воздействие напряжений и повышенных температур вызывает уже упоминавшийся эффект сверхпластичности. Типичный пример—двухфазный мо-нотектоидный сплав цинка с 22 % А1 с размером кристаллов обеих фаз около 1 мкм, на котором и было открыто А. А. Бочваром и 3. А. Свидерской явление сверхпластнч-ности. При 473—543 К и определенном интервале скорое-* тей деформации образцы этого сплава проявляют все признаки сверхпластической деформации. ... Вопросы влияния растворенных атомов и частиц избыточных фаз иа напряжение течения, имеющие очень большое практическое значение, будут более подробно рассмотрены в гл. V. ... В большинстве случаев деформация по достижении достаточно высоких напряжений заканчивается разрушением. Процесс разрушения начинается с образования трещин субмикроскопических размеров н заканчивается макроскопическим разделением образца или конструкции на Отдельные части. Ряд важнейших механических свойств металлов и сплавов характеризует нх сопротивление разрушению, величину или работу деформации до разрушения. ... В гл. I показано наличие трех видов напряжений: сжимающих (отрицательных нормальных), растягивающих (положительных нормальных) и касательных. Сжимающие напряжения сами по себе не могут вызвать разрушения. Оно происходит под действием растягивающих или касательных напряжений. В макроскопических теориях прочности различают введенные Н. Н. Давиденковым два вида разрушения: I) ... В табл. 9 представлены схемы ряда испытаний. Пользуясь табл. 9, можно по внешнему виду разрушенных образцов определять вид разрушения (отрыв или срез), что в некоторых случаях имеет практическое значение. Но представленные схемы разрушения могут быть точно реализованы лишь в том случае, если заданная прн нагруже-нии схема напряженного состояния остается неизменной от начала испытания и до окончательного разрушения образца. На самом деле эта схема может меняться как в процессе пластической деформации (например, при образовании шейки в растягиваемом образце, см. табл. 1), так и в процессе разрушения в результате развития трещин. Поэтому вид разрушенных образцов часто отличается от предсказываемого. В таких случаях необходимо изучать направление развития трещин на начальных стадиях разрушения. Если схема напряженного состояния при дефор* мации не меняется до разрушения, то по этим направлен ниям можно оценить, начинается лн разрушение под действием нормальных или касательных напряжений. ... соответствующей упругому состоянию, происходит отрыв без предшествующей пластической деформации. Во второй, ограниченной линиями /ср и 50Т, разрушение путем отрыва идет после некоторой пластической деформации. ... Все эти оценки являются приближенными, так как при построении диаграмм механического состояния используется ряд упрощающих допущений. Каждая диаграмма, строго говоря, относится к какой-то одной точке нагруженного тела с определенным а, так как в разных его точках схема напряженного состояния может быть различной (см. гл. I). При переходе в пластическую область луч напряженного состояния может искривляться из-за перераспределения компонентов тензора напряжений. Этн оговорки, однако, не исключают возможности использовать диаграммы механического состояния для решения ряда практически важных вопросов оценки механических свойств металлов при разных напряженных состояниях. ... Внешне хрупкое разрушение отличается от вязкого в первую очередь величиной пластической деформации перед разрушением. Теперь твердо установлено, что любому, в том числе хрупкому разрушению металлов и сплавов, предшествует какая-то пластическая деформация. Перед хрупким разрушением она обычно намного меньше, чем перед вязким, но четкой количественной границы здесь провести нельзя. ... Оба типа разрушения — вязкое и хрупкое — включают в себя две стадии: 1) зарождение зародышевой трещины и U) ... Энергоемкость вязкого разрушения значительно больше потому, что при развитии вязкой трещины пластическая деформация идет не только вблизи ее вершины, но по значительному объему детали или образца. В результате работа, необходимая для продвижения трещины, здесь значительно больше, чем при развитии хрупкой трещины, когда пластическая деформация локализована в узком слое у ее вершины. ... Вторая стадия разрушения, как будет ясно из дальнейшего, является наиболее важной. Именно она в основном определяет сопротивление материала разрушению. По Я- Б. Фридману, процесс разрушения на стадии развития трещины состоит из следующих четырех этапов: 1) инкубационного, на котором скорость распространения трещины постепенно возрастает; 2) периода торможения, характеризующегося замедлением роста трещины; 3) стационарного, когда скорость развития трещины постоянна; 4) ускоренного, иногда лавинообразного периода роста трещины со все возрастающей скоростью вплоть до полного разрушения тела. Первые три периода соответствуют так называемой докритической ... Такое подразделение второй стадии процесса разрушения на до- и закритическую подстадии имело принципиальное значение для инженерной практики. Если до недавнего времени конструкция с любой трещиной считалась непригодной для эксплуатации, то теперь при конструировании основным становится принцип «безопасного повреждения», который допускает эксплуатацию при наличии трещин на докритической стадии их развития. ... В поликристаллах трещина при разрушении может распространяться по телу зерна или вдоль границ. Соответственно различают внутризеренное (транскрнсталлитное) и межзеренное (интеркристаллитное) разрушение. При низких температурах межзеренное разрушение обычно наблюдается в хрупких материалах и обусловлено наличием на поверхности границ зерен частиц хрупких избыточных фаз или сегрегации примесей. Такое разрушение может происходить также при повышенных температурах, в условиях интенсивного развития межзеренной деформации. Тенденция к межзеренному разрушению усиливается по мере уменьшения скорости деформации. ... Современные представления о разрушении исходят из того, что это процесс, идущий во времени параллельно с деформацией (упругой или пластической). Особенность разрушения заключается в том, что оно является значительно более локальным и структурно-чувствительным, чем все виды деформации. Действительно, развитие трещины определяется структурой и свойствами материала в непосредственной близости (на микронных расстояниях) от ее вершины. Таким образом, характеристики макроразрушения образца или конструкции определяются локальными процессами в микрообъемах. ... Как уже отмечалось, атомный механизм зарождения трещин качественно одинаков при хрупком и вязком разрушении. Считается, что микротрещины в момент зарождения имеют длину ~ Ю-4 мм. ... Допустим, что для зарождения трещины необходимо после разрыва межатомных связей удалить две вновь образовавшиеся поверхности па одно межатомное расстояние а. ... Наиболее часто трещины возникают у вершин скоплений дислокаций вблизи каких-либо барьеров: включений избыточных фаз, границ зерен, двойников, сидячих дислокаций и т. д. В непосредственной близости от барьера (рис. 52, а) ... ных скоплений. Трещина образуется в плоскости, перпендикулярной плоскости скольжения дислокаций, под действием растягивающих напряжений, в результате концентрации касательных напряжений в головной части скопления. Расчеты показывают, что при действии такой модели трещина возникает при величине локальных касательных напряжений у вершины скопления 10_| G. ... Другая разновидность зарождения трещин у барьеров при возникновении скоплений дислокаций в параллельных плоскостях скольжения показана на рис. 52, б. ... Механизм зарождения трещин при образовании плоских дислокационных скоплений может быть связан с тепловыми флуктуациями. Если последние вызовут образование ... Рис. 53. Схема термофлуктационного зарождения трещин в плоском дислокационном скоплении (В. И. Владимиров. А. ... Многократное повторение этого взаимодействия приводит к слиянию новых дислокаций а ... Иногда трещина образуется не у вершины скопления, а внутри него. Отрыв по плоскости скольжения происходит под действием нормальных напряжений. Они возникают в результате искривления плоскостей скольжения дислокациями, располагающимися в других плоскостях. Искривление поверхности скольжения при сдвиге вдоль нее вызывает появление нормальных напряжений. Эта схема, предложенная В. Л. Инденбомом, реализуется после значительной пластической деформации. ... |
Газовая сварка и резка металлов
Специальные стали
Трансформаторы для электродуговой сварки
Механические свойства металлов
Сварочный аппарат своими руками
Сварка на контактных машинах
Краткий справочник технолога-термиста