ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Образование новых границ - механизм структурообразования и релаксации напряжений. Роль границ в формировании прочностных свойств металла из "Теория обработки металлов давлением " В главе I мы рассмотрели закономерности формирования структур при пластической деформации металлов и показали, что при некоторой плотности дислокаций и при некотором значении степени деформации е в металле возможно образование новых границ типа межзе-ренных, но имеющих деформационное происхождение (см. рис. 1.4, 1.5). Образование новой границы фактически определяет переход в новое структурное состояние, а сама граница деформационного происхождения является новым структурным элементом. Появление границы связано с преобразованием упругой энергии, накопленной в металле во время пластической деформации за счет генерации дефектов кристаллического строения, в поверхностную энергию новой границы. [c.69] Отметим, что подразделение энергий дефектов на поверхностную и упругую условно, поскольку в обоих случаях речь идет об энергиях электростатических ион-электронных взаимодействий, которые могут отличаться в бездефектном кристалле и вблизи дефекта (дислокации, границы, примесного атома и др.) из-за изменения величины заряда или радиуса взаимодействия. [c.69] упругая энергия дефектов, накопленная во время деформации, трансформируется в поверхностную энергию границы у/. Если удельная энергия свободной поверхности у обусловлена разрывом всех межатомных связей, то энергия границы у/ является следствием частичного разрыва межатомных связей за счет несовпадения узлов решетки различных зерен или фаз. Чем больше некомпенсированных межатомных связей, тем выше значение удельной энергии границы у/. [c.69] Не вдаваясь в сложности механизмов образования границ, обратим лишь внимание на сам факт их возникновения и дадим термодинамическую интерпретацию процесса, оценивая при этом роль структурной энтропии. [c.69] Для никеля при у/ = 0Д5у = 0,216 Дж/м , 0,387 нм условие образования границ выполняется при действии напряжений Ла = = 280 МПа, что при известной кривой растяжения а(е), взятой, например, из [28], соответствует деформации кр= (15 20)%. [c.71] Для алюминия при у/ = 0,15у/ = 0,156 Дж/м , = 0,446 нм условие образования границ выполняется при Ла = 174 МПа, что соответствует е р == 80%. [c.71] Если сравнить значения Екр при которых возможно образование новой межзеренной границы с энергией у/=0,15у , со степенями деформаций, при которых наблюдали появление границ в экспериментальных работах, например в [26, 32], то можно отметить хорошую сходимость расчетных и опытных данных. [c.71] Согласно критерию (2.35), при больших деформациях, когда велики значения деформирующих напряжений и деформационного упрочнения, должны возникать новые границы с более высоким значением у/. Если на границе межатомные связи практически не нарушены, то у/— 0, а граница считается когерентной. [c.71] Если рассматривать образование новых границ в целом, то можно считать, что в согласии с принципом самоорганизации, сформулированным в разделе 2.4, в металле возникают новые механизмы деформации, чтобы при минимальном количестве запасенной энергии создать такую структуру, которая способна уравновесить взаимодействие системы с внешней средой. Таким образом, перед разрушением, т. е. деградацией, система способна организовать новые границы. [c.71] Если в выражении (2.33) AWx 0, то при образовании новой границы избыточная энергия, не участвующая в образовании новой границы, выделяется в виде тепла в окружающее пространство. Следовательно, появление новой границы может быть актом частичной релаксации напряжений. [c.71] Отметим, что присутствие в металле напряжений от границ зерен или фаз достаточно очевидно, однако на этот факт практически не обращали внимания. Констатация данного факта пригодится нам в дальнейшем, поскольку поможет разобраться в механизмах взаимодействия дефектов между собой и с полями внешних напряжений. При отсутствии большого числа дислокаций, основная генерация которых происходит во время пластической деформации, поля напряжений от границ - основные составляющие плотности распределения Да ). Они определяют значение структурной энтропии А5стр и являются тем каркасом, который задает форму металла. Как мы отмечали, при условии Д стр- О, а - О металл теряет свою первоначальную форму. [c.72] Вернуться к основной статье