ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Структурно-энергетический подход к оценке факторов упрочнения из "Новые пути повышения прочности металлов " Даже краткое рассмотрение основных факторов, повышающих прочность, показывает, что природа упрочнения металлов и оплавов при комбинированном термомеханическом воздействии достаточно сложна и может резко различаться при переходе от одного вида обработки к другому. [c.17] Под общей энергоемкостью мы будем понимать то количество энергии, которую необратимо поглощает металл при меха-1 ническом нагружении до разрушения. [c.17] При механическом нагружении до разрушения, как и при плавлении, процессу нарушения межатомных связей предшествует процесс искажения кристаллической решетки до критической величины, однако при нагреве предельное искажение кристаллической решетки вызывается возбуждением атомных колебаний, в результате чего кинетическая энергия атомов достигает критического значения, а при механическом нагружении — скоплением в локальных объемах металла критической плотности дислокаций (под критической плотностью дислокаций понимается такая плотность, при которой дальнейшее поглощение энергии кристаллической решеткой приводит к нарушению межатомных связей). [c.18] Чтобы учесть фактор неоднородности поглощения энергии при механическом нагружении, рассмотрим объемы, принимающие участие в поглощении энергии с момента нагружения металла до полного разрушения. При механическом нагружении к моменту разрушения в теле объемом V можно выделить следующие объемы, принимающие участие в процессе деформирования, и разрушения металла и характеризующиеся различными величинами поглощенной энергии. [c.19] Величина Смех Характеризует общую энергоемкость металла с учетом неоднородности поглощения энергии. Необходимо отметить, что величины Ук и Ур, соответствующие предельным состояниям данного материала, являются энергетическими константами кристаллической решетки и не должны зависеть от предыстории металла и условий его нагружения. Эти условия, как и структурное состояние материала, отображаются в уравнении (10) переменными величинами Ух и л. Конкретные значения этих величин зависят от исходного состояния материала (способа изготовления, режима термической обработки, наличия концентратов напряжений и т. д.), вида нагружения и условий деформирования (среда, скорость деформации, температура и т. п.). Чем больше величина Эмех. т. е. чем выше значения отдельных слагаемых, входящих в уравнение (10), тем выше, следовательно, способность металла поглощать энергию при механическом нагружении и тем больше его прочность. [c.20] Сопоставляя полученное уравнение с выражением (6) для энергоемкости металла при плавлении ( пл можно заключить, что величина будет всегда меньше Qnл, поскольку Ур У. Отсюда можно сделать вывод, что при механическом нагружении деформи, руемый объем металла в принципе не может поглотить энергию равную его энергоемкости при плавлении. Это обстоятельство совершенно закономерно, поскольку величина С2пл соответствует состоянию металла, у которого нарушены все межатомные связи, тогда как при механическом нагружении для разрушения достаточно нарушить незначительную их часть. [c.21] Проанализируем прежде всего зависимость теоретической прочности различных металлов от удельной энергоемкости, определяемой величиной Р. [c.21] Второй способ повышения реальной прочности металлов заключается в изменении структурного состояния материала при заданном постоянном уровне сил межатомных связей. Низкие значения прочности технических ЛОО металлов и сплавов объясняются неоднородностью структуры — наличием неравномерно распределенных несовершенств кристаллического строения (дислокаций, вакансий, чужеродных атомов) и границ зерен, а также металлургических дефектов (пор, химической неоднородности и т. д.). Это приводит к резкому снижению энергоемкости металла ( мех вследствие неоднородного характера поглощения энергии различными объемами металла, т. е. к уменьшению величин 1 5 и п [см. уравнение (10)]. [c.22] В промежуточной области значение п всегда остается меньше единицы. [c.23] оптимальным структурным состоянием, приводящим к наибольшему упрочнению металла, является создание такой структуры, которая обеспечивает наибольшую равномерность поглощения энергии кристаллической решеткой и максимальную энергоемкость отдельных объемов металла в процессе деформирования. [c.24] Однако, рассматривая оптимальное структурное состояние данного материала, необходимо учитывать также конкретные условия его службы, на чем мы еще остановимся в следующих главах. [c.24] Сопротивление ползучести металлов и сплавов, как известно, зависит от исходного структурного состояния материала Однако в процессе службы под напряжением в условиях повышенных температур структура материала может сильно изменяться. Для многих металлов и сплавов характерно развитие субструктуры в процессе ползучести. Субструктура характеризуется тем, что внутри обычных зерен образуются субзерна, дезориентированные на небольшой угол. У такой структуры, образование которой связано с явлением полигонизации, сопротивление ползучести более высокое, чем у металла в исходном состоянии. Следовательно, если в основной массе зерен металла или сплава предварительно создать полигональную структуру, то сопротивляемость ползучести такого материала будет существенно выше, чем в исходном состоянии. В настоящее время такую структуру получают путем МТО. Но прежде чем переходить к существу этой обработки, рассмотрим в общих чертах явление полигонизации. [c.25] С увеличением времени отжига образуются прерывистые дислокационные стенки вследствие объединения отдельных сегментов стенок. [c.26] Эти результаты качественного исследования процесса полигонизации на кремнистом железе согласуются с данными Гилмана [33], полученными ранее на монокристаллах цинка. [c.26] Процесс полигонизации протекает достаточно быстро (обычно меньше часа), после этого быстрого периода развитие полигонизации затормаживается [33]. [c.26] Мотт [34] интерпретировал элементарный процесс полигонизации как переползание краевых дислокаций из плоскостей скольжения вследствие термической активации, приводящей к перестройке горизонтальных скоплений дислокаций в вертикальные. Движущей силой при этом является упругое взаимодействие дислокаций, которое для вертикальных рядов меньше, чем для горизонтальных. [c.26] Хиббард и Данн [35] отметили, что во время полигонизации, кроме переползания дислокаций, должны происходить и иные процессы. Они провели детальное металлографическое исследование изменения субструктуры при возврате и полигониза-ции. Опыты проводили на монокристаллах кремнистого железа, деформированных путем изгиба и подвергнутых последующему отжигу. Полученные данные позволили установить различие между полигонизацией и процессами возврата и рекристаллизации. [c.27] В деформированных изгибом и отожженных монокристаллах возврат происходит путем термически активируемого сдвига в областях металла с высокими упругими искажениями, а также в результате аннигиляции дислокаций противоположных знаков, требующего как переползания, так и сдвига отдельных дислокаций. В это.м случае полигонизация происходит в две стадии. На первой стадии образуются короткие, близко расположенные границы, содержащие пять — десять дислокаций, так что угол дезориентации весьма мал. Такие границы образуются благодаря переползанию отдельных дислокаций, возникающих в процессе пластической деформации. В дальнейшем в результате процесса сдвига и переползания всего комплекса границы соединяются. Несколько близко расположенных границ может слиться путем образования У-образного стыка с одной из далеко расположенных границ, которая затем выпрямляется путем согласованного переползания внутри границы [8]. Вторая стадия связана с объединением более длинных границ путем поворота свободного конца границы с упругими искажениями и его соединения с другой границей. При этом образуется У-об-разный стык. Движущей силой процесса является энергия на конце границы внутри кристалла граница сдвигается, пока ее свободный конец не соединится со смежной границей. У-образ-пый стык движется затем в направлении ответвления, пока границы не сольются в одну границу с большим углом дезориентации. При этом энергия образовавшейся границы уменьшается. В дальнейшем дислокации в пределах вновь образованной границы перестраиваются (путем переползания) и граница выпрямляется. [c.27] С точки зрения Хиббарда и Данна [35], полигонизация отличается от рекристаллизации тем, что происходит при отжиге деформированного материала, когда отсутствуют стабильные рекристаллизационные зародыши критического размера. [c.27] Вернуться к основной статье