ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теория структурной сверхпластичности из "Сверхпластичность промышленных сплавов " Анализ большого количества экспериментальных данных показывает, что СПД — это единый процесс, где ЗГП — доминирующий механизм деформации, контроли-рующий напряжение течения, и аккомодационные механизмы ВДС и ДП взаимосвязаны. Для осуществления СПД, как при обычной деформации, необходимо движение дефектов решетки ЗГД, дислокаций и вакансий, но специфика этого вида деформации состоит в сохранении сплошности материала благодаря отсутствию накопления дефектов решетки при деформации. Это возможно, когда ЗГП является не только механизмом деформации, но и механизмом возврата структуры материала, а развитие ВДС и ДП идет под действием локальных напряжений и приводит к их релаксации. [c.89] Для понимания природы и создания теории СПД необходим учет конкретного микромеханизма ЗГП и атомных аспектов, связанных с ним изменений структуры границ зерен. В настоящее время здесь еще нет полной ясности, но уже имеющиеся данные о строении и свойствах границ зерен (см. 2.2.2) могут быть использованы при разработке теории СПД. Рассмотрим пути построения и возможности такой теории. [c.89] Описание модели. Вьщеляи прежде всего положения, составляющие основу нового подхода. [c.89] В этих условиях наиболее эффективным процессом аккомодации является, по-видимому, зарождение решеточных дислокаций, которое может значительно облегчаться благодаря концентрации напряжений в голове скопления ЗГД. В соответствии с работой [159] локальная концентрация напряжений здесь может более чем на порядок превышать величину приложенных напряжений. В то же время в начале деформации диффузия не может обеспечить необходимую аккомодацию зерен при их проскальзывании, поскольку скользящие ЗГД не являются источниками и стоками вакансий [167]. Генерированные на границах зерен дислокации решетки в ультрамелкозернистых СП материалах проходят через зерна и входят вновь в границы, где они абсорбируются. При развитии последовательности процессов — зарождения, движения и поглощения решеточных дислокаций лимитирующим является последний и он определяет скорость возврата. Однако, как подчеркивалось выше (см. 2.2.2), в процессе поглощения дислокаций решетки происходит образование высокоподвижных ЗГД и это приводит к развитию стимулированного ЗГП. Это ЗГП играет роль не только механизма деформации, но и механизма возврата, поскольку приводит к исчезновению ЗГД. Таким образом, на начальной стадии СП течения создаются условия для постепенного включения ЗГП, стимулированного ВС, и увеличения его роли при СПД. [c.90] Наилучшие условия для развития ЗГП создаются, когда ВДС может развиваться по многим системам скольжения. [c.91] Отметим, что рассматриваемая микроскопическая картина согласуется с результатами исследований механизмов СПД (см. разд. 2), в согласии с которыми ЗГП дает основной вклад в деформацию, а внутризеренное скольжение и диффузионная ползучесть играют в основном аккомодационную роль, но при этом влияют на кинетику ЗГП. [c.91] Исходя из развиваемых представлений, можно получить уравнения для описания основных закономерностей СПД. [c.91] Из выражения (49) следует, что при a Oi коэффициент m стремится к 0,5, а при что характерно для малых скоростей деформации, т- 0. Таким образом, в рамках рассматриваемой модели коэффициент скоростной чувствительности меняется в интервале 0 т 0,5 при переходе из области I в область , что также хорошо согласуется с экспериментальными данными для различных материалов (см. 1.1). [c.93] При высоких скоростях деформации (области I ), как показано экспериментально в 2.1.4, происходит резкое увеличение вклада в общую деформацию внутризеренного скольжения, которое начинает играть самостоятельную роль в деформации. Поэтому в согласии с уравнением (37) в скорость деформации образца значительный вклад вносит с коэффициентом т 0,3, что, очевидно, приводит к снижению скоростной чувствительности напряжения СП течения в этих условиях. [c.93] Величина т составляет при СПД, с учетом ускорения за счет деформации, не более нескольких секунд. Подставляя в выражение (50) т 1 с, получаем для e 8-10- значение p t 10 M-, что близко к данным, полученным при помощи методики мгновенной закалки [41, 42]. Важно, что плотность ЗГРД не зависит от степени деформации, но резко возрастает с повышением е и это согласуется с экспериментом. [c.94] Дж/см2, т. е. величины АЕ достигает приблизительно 30% от исходной энергии границы. [c.94] Так как AE=f e), то можно ожидать что при СПД коэффициент диффузии будет увеличиваться на 1- 1,5 порядка в зависимости от скорости деформации. Соответствие этих результатов экспериментальным данным об ускорении диффузии при СПД [2, 130 позволяет считать изменения структуры и энергетического состояния границ зерен вследствие их взаимодействия с РД главной причиной изменения кинетики диффузионных процессов в условиях СП течения. Действительно, проведенный в работе [63] анализ других возможных причин ускорения диффузии — генерирования вакансий порогами движущихся винтовых зернограничных дислокаций и генерирования вакансий при переползании ЗГД показал, что-их роль незначительна. [c.95] Рост зерен и скоростная зависимость вклада зернограничного проскальзывания. Как отмечалось в 1.2, для СПД характерен рост зерен и его проявление обусловлено инициируемой деформацией миграцией границ зерен. Объяснение этого факта может быть дано, исходя из развиваемой модели. Для анализа кинетики роста зерен здесь могут быть использованы представления о влиянии не-равновесности структуры границ на их миграционные свойства (см. 2.2.2). В согласии с этими представлениями скорость миграции определяется движущей силой процесса F и подвижностью границ М dd/dt=MF, причем неравновесность влияет в основном на величину подвижности, которая зависит от кинетических параметров зернограничной диффузии [см. формулу (35)]. Для количественных оценок роста зерен воспользуемся несколько упрощенным подходом, использованным в работах [59, 100]. [c.95] Проведем оценку для сплава Zn—0,4 % А1, сверхпластичного при комнатной температуре (см. 1.2). В этих условиях равновесная концентрация вакансий Со = Ю [2, 59]. Из условия роста зерен при отжиге была определена величина К=Ъ,2 mkmV . В соответствии с выражением (32) можно определить значения v при СПД, которые оказались близки к экспериментальным данным [2 и составили 2-10- , 9-10- и 1,4-Ю- при скоростях деформации соответственно 4-10 , 4-10- и 4-10- - . Отсюда при помощи уравнения (52) оценим размер зерен при различных скоростях деформации сплава. [c.95] На рис. 33 приведены экспериментальные значения Ас (см. [c.95] Размер зерен, соответствующий переходу в сверхпластичное состояние. Учитывая поведение границ зерен в процессе СПД, мол -но количественно оценить величину критического размера зерен, при котором-происходит переход от обычной деформации к сверх-иластической. Этот вопрос не имел до сих пор удовлетворительного объяснения. [c.96] При помощи уравнения (55) можно оценить йк , например, для сплава Zn—0,4 % А1 (см. рис. 2), для которого (2,1ч-3,2) X Х10 Н/см2 [2]. Для коэффициента зернограничнбй диффузии при СП деформации с учетом ускорения диффузии на порядок имеем D=2-10 4-2-10 см /с. При подстановке остальных значений в выражение (55) находим, что йкр лежит в интервале 8—18 мкм, что достаточно хорошо согласуется с экспериментом для сплава Zn—0,4 % А (см. рис. 2). Такое совпадение рассчитанных и экспериментальных значений является еще одним важным аргументом в пользу справедливости представлений о ЗГП, стимулируемом внутризеренным скольжением, как контролирующем механизме СПД. [c.97] Неупругостъ и начальная стадия сверхпластической деформации. Разрабатываемые представления могут быть использованы не только с целью традиционного объяснения скоростной зависимости механических свойств, т. е. кривой сверхпластичности е== = f(o) [см. выражение (47)], но и анализа истинных кривых напряжение — деформация, чему в литературе уделялось недостаточное внимание. [c.97] Как уже отмечалось, СПД осуществляется при некоторой стационарной плотности ЗГД, соответствующей кинетическому равновесию между ЗГД, образующимися при взаимодействии дислокаций с границами зерен и их возвратом в результате развития ЗГП,. стимулированного ВДС. Упругие свойства границ возрастают при наличии в них ЗГД [120]. При резком разгружении образца в структуре фиксируется избыточная плотность ЗГД, которая препятствует развитию чистого ЗГП при последующем нагружении, что-приводит к появлению линейного участка на кривой 0—е. [c.98] Вернуться к основной статье