ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сверхпрочные материалы из "Основы конструирования. Кн.1 " В основе создания сверхпрочных материалов лежит современное представление о дислокациях (искажения атомно-кристаллических пространственных решеток), как о первопричине наблюдающегося расхождения между реальной прочностью металлов и теоретической, предсказываемой на основании величины атомных связей в кристаллических решетках. [c.171] При среднем значении р = 0,3. [c.171] Подставляя эту величину в формулу (38а), получаем т,- = (0,1 4- 0,3) 0,38 = (0,04 4- 0,12) Е. [c.171] Реальная прочность в десятки, а иногда и в сотни раз меньше. Иначе говоря, в современных металлах используется незначитеш ная доля возможной их прочности. [c.171] Еще недавно считали, что процесс пластической деформации заключается в одаовремен-ном сдвиге кристаллических плоскостей одной относительно другой. Это представление не вяжется с большой величиной усилий, необходимых для преодоления атомных связей на плоскостях скольжения. Сейчас общепрязнана теория, согласно которой сдвиг происходит не сразу, а последовательными этапами (эстафетно). [c.171] Вокруг дислокаций возникают поля напряз ений и образуются площадки облегченного скольжения. Достаточно сравнительно небольшого складывающего напряжения, чтобы вызвать на таком участке сдвиг кристаллических плоскостей на одно межатомное расстояние. Этот сдвиг сопровождается соответственным перемещением площадки облегченного скольжения по направлению или против направления действия силы. На новом месте расположения площадки, в свою очередь, происходит сдвиг на одно межатомное расстояние, сопровождаемый новым смещенпе.м площадки скольжения. [c.172] Таким образом, площадка скольжения, пос.ледовательно перемещаясь вдоль направления действия силы, вызывает сдвиг всей кристаллической плоскости на одно межатомное расстояние. Если сила продолжает действовать, то явление многократно повторяется, происходит макросдвнг кристаллических плоскостей. Очевидно, что такой после.довательный сдвиг, требующий только местного разрыва атомных связей, происходит под действием силы, во много раз меньшей силы, необходимой Для одновременного сдвига сразу всей кристаллической плоскости. [c.172] Описанный механизм возникновения и распространения сдвига является первопричиной пониженной реальной прочности металлов по сравнению с теоретической. Перемещение площадки облегченного скольжения продолжается до тех пор, пока дислокация не выйдет на поверхность кристаллического блока или не встретится с препятствием. [c.172] Движение дислокаций задерживается у точечных и линейных дефектов атомно-кристаллических решеток, включений примесных атомов, облаков примесей (атмосферы Котрелла), у границ фаз, кристаллических блоков и зерен. Перемещение дислокаций тормозят поперечные дислокации и дислокации одинакового направления, но противоположного знака. Разноименные дислокации, столкнувшись одна с другой, взаимно погашаются. [c.172] Следовательно, увеличение числа неоднородностей, т. е. увеличение количества примесей и числа искажений кристаллической решетки, а также измельчение кристаллических блоков упрочняют металл, создавая препятствия на пути перемещения дислокаций и блокируя их распространение. [c.172] Дислокации закономерно присущи всякому металлу и возникают в огромных количествах. Средняя плотность распределения дислокаций в сталях составляет 10 -10 на 1 см поверхности. [c.172] Основные ВИДЫ искажений линейные д и ел о к аци и — вклинивание лишних кристаллических плоскостей (экстраплоскостей) (рис. 82, а) винтовые дислокации — спиральный сдвиг кристаллических плоскостей друг отноептелыю друга (рис. 82,6) в а к а н с и и — отсутствие атомов в узлах кристаллических решеток (рис. 82, в) включения примесных атомов в междуузлия решетки (рис. 82, г). [c.172] Местные искажения решетки наступают при приложении внешних нагрузок, а также в зонах действия внутренних напряжений. Возникновение Дислокаций может вызвать появление новых дислокаций на смежных участках. Существуют источники самопроизвольного возникновения дислокации две совместившиеся линейные дислокации образуют под действием напряжений непрерывно действующий генератор дислокаций (источники Франка-Рида). [c.172] Бездефектную структуру можно получить только у очень чистых материалов и в очень малых объемах, исключающих возникновение и развитие дислокаций. Специальными методами получают нитевидные кристаллы толщиной 0,05—2 мкм и длиной в несколько миллрпиетров, так называемые усы, обладающие исключительной прочностью. Нитевидные кристаллы железа имеют прочность на разрыв 1350 кгс/мм , что примерно в 100 раз больше предела прочности технического железа и в 10 раз больше прочности качественных легированных сталей. Вместе с тем, усы обладают весьма высокими упругими характеристиками. Упругое удлинение железных усов достигает 5%, тогда как у технического железа оно не превышает 0,01%. [c.173] Повышенная прочность и упругость усов обязана правильности атомнокристаллического строения. Развитие дислокаций в усах затруднено вследствие того, что их диаметр соизмерим со средней протяженностью дислокаций. С увеличением диаметра прочность усов резко падает (рис. 83) из-за появления дислокаций. [c.173] Усы получают также из неметаллических материалов (графитд, окиси бериллия, карбида кремния, окиси алюминия, окиси магния [12]). Прочность многих керамических усов значительно превышает прочность металлических усов (рис. 84). Упругое удлинение керамических усов 1,5—6% модуль нормальной упругости = (30 -н 50) 10 кгс/мм . Исключительно высокий модуль упругости имеют графитные усы ( = 100-10 кгс/мм ). V.,. [c.173] Прочность усов составляет 50 — 60% теоретической прочности. Однако техническое применение нитевидных кристаллов затруднено их малыми размерами. [c.174] Композитные материалы с ориентированным расположением усов об.тадают высокой прочностью только против действия растягивающих напряжений в направлении ориентации (растяжение вдоль з сов, отчасти изгиб поперечными силами). Прочность па сжатие, а также на растяжение поперек усов мало отличается от прочности матерпала матрицы. [c.174] Второе, диаметрально противоположное направление, стремящееся к увеличению степени неоднсфодности и числа искажений кристаллической решетки, разумеется, нс позволяет приблизиться к теоретической прочности, но может существенно повысить реальную прочность технических металлов (рис. 85). Пределом является плотность дислокаций порядка 10 см , когда расстояния между дислокациями приближаются к межатомным, атомно-кристаллическая решетка сильно искажается, вследствие чего прочность падает. Первым этапом на этом пути являются легирование и термообработка, упрочняющий эффект которых в сущности сводится к увеличению плотности дислокаций. [c.174] Дальнейшие успехи в создании прочных сталей связаны с тем, что у некоторых многокомпонентных легированных сталей (с относительно небольшим общим содержанием легирующих добавок) при охлаждении с температуры аустенитного превращения в определенном интервале те.мператур (450—550 С) не наблюдается распада аустенита, сопровождающегося образованием твердых феррпто-цементитных смесей. В этом интервале сталь неограниченное время остается в пластичном состоянии ее можно ковать, шта.мповать, прокатывать. Это положило начало термомеханической обработке, представляющей собой сочетание процессов термообработки и пластической деформации. [c.174] Вернуться к основной статье