ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние легирования и структуры на механические свойства металлов при растяжении из "Механические испытания и свойства металлов " Вопросы влияния легирования и структуры на механические свойства подробно рассматриваются в общих и -специальных разделах курса Металловедение . Поэтому здесь сжато даются лишь самые важные и общие закономерности, действительные для свойств не только при растяжении, но и при других статических испытаниях. [c.165] говоря о влиянии примесей и легирования на деформационное упрочнение, мы упоминали и об изменении уровня напряжений течения. Повышение этого уровня при легировании равносильно повышению отдельных прочностных характеристик пределов текучести, прочности и др. Наиболее четко связаны с изменением параметров структуры в результате легирования ха,-рактеристики сопротивления сплавов малым- деформациям, в частности предел текучести. Предел прочности, истинное сопротивление разрыву, а также характеристики пластичности зависят от легирования менее однозначно. [c.165] Наиболее важными для теории легирования являются вопросы механизма упрочнения и целенаправленного выбора легирующих элементов, дающих наибольший прирост прочностных свойств. [c.166] Величина упругих искажений решетки определяется также разницей в атомных размерах растворителя и добавки. Чем больше эта разница, тем сильнее прирост сопротивления движению дислокаций в твердых растворах любого типа. [c.167] Даже при малых концентрациях второго компонента расстояния между его атомами настолько малы, что проталкивания дислокаций между ними не происходит. Увеличение со противления движению дислокаций в решетке твердого раствора определяется статистической суммой положительных и отрицательных напряжений вокруг растворенных атомов. Количество этих атомов, приходящихся на длину дислокации Ь, пропорционально Ь, а статистическая сумма напряжений пропорциональна ир. [c.167] Сопоставление расчетных значений I с экспериментальными величинами критического напряжения сдвига монокристаллов показало, что предсказываемое упрочнение примерно на порядок больше реального. Причиной такого расхождения может быть действие других механизмов твердорастворного упрочнения, которые не учитываются теорией Мотта и Набарро. [c.168] В частности, помимо упругого взаимодействия движущихся дислокаций с растворенными атомами, увеличение сил трения при лег-ировании может вызываться различием упругих характеристик основы и добавки, упорядочением, влиянием легирования на силу Пайерлса. [c.168] Увеличение сил трения при образовании твердых растворов должно вызывать прирост всех характеристик сопротивления пластической деформации, начиная от предела упругости и кончая истинным сопротивлением разрыву. [c.168] Второй основной механизм твердорастворного упрочнения — образование примесных атмосфер на дислокациях — действует в большинстве случаев лишь на начальных стадиях пластической деформации и влияет в основном на пределы упругости и текучести. Однако если ери растяжении в образце идет динамическое деформационное старение, то механизм закрепления дислокаций примесными атмосферами может работать вплоть до поздних стадий деформации, обусловливая, в частности, прирост предела прочности. [c.168] Третий механизм твердорастворного упрочнения связан с влиянием легирования на дислокационную структуру. Мы уже знаем, что легирование может существенно сказываться на энергии дефекта упаковки в твердых растворах (обычно снижать ее). Наблюдающееся в результате этого затруднение поперечного скольжения вносит определенный вклад в прирост характеристик прочности, особенно на поздних стадиях деформации. [c.169] Легирование, вызывая блокировку дислокаций, увеличение сил трения, изменение энергии дефекта упаковки, естественно приводит к формированию иных дислокационных структур во время растяжения. В результате наблюдается определенное изменение механических свойств, связанное с влиянием собственно субструктуры. [c.169] Повыщенная прочность твердых растворов по сравнению с металлом — основой сохраняется лишь до температур иапытания не выше 0,6— 0,66 Гпл. При более высоких температурах разница в их прочностных характеристиках нивелируется, так как блокировка и торможение движущихся дислокаций растворенными атомами здесь уже не эффективны. [c.170] Механические свойства металла или твердого раствора заданного состава могут существенно изменяться в зависимости от их структурного состояния. Выше уже отмечалось, что измельчение зерна способствует повышению прочностных и пластических характеристик. Упрочнению способствует также повышение плотности дислокаций, создание полигонпзованных структур. [c.170] В деформированных металлах и сплавах, для которых характерно наличие текстуры, механические свойства образцов, вырезанных и растягиваемых при испытании вдоль направления деформации (прокатки, прессования), обычно выше, чем в поперечном направлении. [c.170] Частицы избкточных фаз содержатся в структуре многих сплавов, не подтвергающихся дисперсионному или дисперсному упрочнению. Они могут образовываться при кристаллизации, выделяться или видоизменяться в процессе деформации, отжига и т. д. Такие частицы по размерам и расстоянию между ними обычно на порядки больше, чем те, которые обеспечивают максимальное упрочнение, например при старении или внутреннем окислении. Двух- и многофазные сплавы с такими частицами рассматривают как механические смеси, свойства которых аддитивно складываются из свойств отдельных фаз, составляющих данную смесь. Строго говоря, правило аддитивности должно выполняться только в том случае, если в процессе испытания все фазы принимают одинаковое участие в деформации образца. В реальных сплавах свойства разных фаз обычно существенно различаются. Если, например, основная фаза относительно мягка и пластична, а избыточная — тверда и хрупка, то деформация образца осуществляется в основном в результате деформации матрицы и правило аддитивности строго не выполняется, хотя, конечно, с увеличением объемной доли твердой фазы прочностные свойства сплава растут, а пластичность падает. [c.174] Выше отмечалось, что частицы избыточных фаз, более хрупкие, чем матрица, снижают характеристики пластичности. Однако в некоторых случаях возможно и повышение пластичности при введении дозированного количества частиц определенной формы благодаря уменьшению длины зародышевых трещин (см. 4 гл. IV). Такой путь повышения пластичности используют, в частности, применительно к тугоплавким металлам с о. ц. к. решеткой. Например, введение в вольфрам определенного количества частиц двуокиси тория повышает не только прочность, но и пластичность. [c.175] Особой разновидностью двух- и многофазных сплавов являются композитные материалы с направленной структурой. Это новый класс Л1еталлических материалов, которые только начинают внедряться в технике. Обычно такие материалы состоят из пластичной матрицы, упрочненной волокнами, которые определенным образом в ней ориентированы. В качестве волокон особенно выгодно использовать нитевидные монокристаллы ( усы ), которые благодаря отсутствию дислокаций имеют прочность, близкую к теоретической. Однако бездислокаци-онные нитевидные кристаллы достаточно больших размеров получить очень трудно и поэтому на практике чаще используют тонкие поликристаллические волокна из различных высокопрочных металлов, сплавов и неметаллических материалов. Используются волокна диаметром от долей микрона до сотен микрон. [c.175] Обычно в качестве упрочняющих металлическую матрицу волокон применяют вольфрам, молибден, стали, бор, окись алюминия, в том числе в виде усов, графит и др. [c.175] Предел прочности матрицы о в в момент достижения овобычно не достигается, поскольку разрушение несущих на себе основную нагрузку волокон происходит в первую очередь. [c.176] Вернуться к основной статье