ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Анализ возможностей математической модели сопротивления деформации из "Теория обработки металлов давлением " На наш взгляд, сложности описания формирования свойств металлов в условиях непрерывно протекающих структурных превращений при нынешнем развитии вычислительной техники являются следствием сложившейся парадигмы знаний в области материаловедения, а также ограниченных возможностей традиционного эмпирического пути исследований, для которого главным является метод анализа при поиске корреляций между свойствами и структурой металла. Об этом мы уже упоминали во Введении. [c.173] Попробуем взглянуть на сущность процессов, происходящих в металле, с несколько иной, нетрадиционной стороны и проанализировать структурные превращения на основании той интегральной, синтезирующей концепции, которую мы развиваем в данной монографии. Попытаемся также дать дальнейшее развитие заложенных в работах Н.С. Курнакова идей физико-химического анализа процессов, протекающих в металлах, но с учетом принципов самоорганизации в термодинамических системах. [c.173] Во-первых, их влияние связано с возможным изменением коэффициента диффузии при переходе от одной кристаллографической модификации к другой скачкообразно или на некотором температурном интервале (рис.4.9). Чувствительность релаксационных процессов к величинам Т и Д была проанализирована в предыдущем разделе. [c.174] В этом случае скачок ат(7) растянут по температуре, причем тем сильней, чем шире интервал превращения. [c.175] Эти процессы вызывают изменение сопротивления деформации K t) за счет не только естественного снижения температуры металла при охлаждении, но и дополнительного скачка напряжений Аапп(Т) при изменении модуля упругости, а также за счет переключения скорости релаксационных процессов, определяемых функцией fQ ). Если скорость охлаждения металла мала, то возникающие дополнительные напряжения успевают релаксировать, если велика - не успевают, и тогда при комнатной температуре материал имеет повышенную прочность. [c.176] Таким образом, модель сопротивления деформации в виде (4.34) реагирует на полиморфные превращения и способна описывать изменение свойств металла, например, при закалке. Для этого, кроме указанной ранее, необходима информация о законе изменения температуры металла T t которая может быть получена при помощи решения обычных тепловых задач. [c.176] Термодинамический аспект превращений в стали. Каким образом реагирует численная характеристика структуры металла -структурная энтропия - на протекание полиморфных превращений Как функция аддитивная, учитывает вклады отдельных элементов структуры, т.е. [c.176] Выделение в окружающую среду тепловой энергии А2ф во время фазового или полиморфного превращения вызвано изменением характера и энергии межатомного взаимодействия при перестройке кристаллической решетки, причем избыток этой энергии выделяется в виде тепла. Если охлаждать металл от температуры 7ф с большой скоростью, часть этой энергии не успевает выделиться в виде тепла из металла в силу конечных значений его релаксационных и теплофизических свойств, наследуется металлом и может быть израсходована на другие структурные превращения. В этом случае энергия из тела не выделяется в окружаютцую среду в виде А 2ф п, а остается в металле, причем в идеальном варианте А дис=А 2ф При этом в металле возникают новые диссипативные структуры - мартенсит, бейнит или другие. [c.177] Эта мысль в той или иной форме периодически высказывается исследователями. Например, в начале века профессор М.Г. Окнов, изучая мартенситное превращение при охлаждении стали с наложением полей напряжений, сделал заключение, что возникновение мартенсита стимулируется внешним давлением, т. е. другим видом энергии [60]. [c.177] Например, для эвтектоидного превращения в углеродистой стали, происходящего при Т 1000 при = 0,7 (коэффициент определяется из опытов на растяжение отожженного металла при комнатной температуре) и отношении модулей упругости EiIEq- 1,5, где Eq - значение модуля упругости при Т = Тфп Ei -то же для комнатной температуры, прибавка к пределу текучести из-за произошедшего при Т - Гф,, фазового превращения составит ЛОх = (1775- 1990) МПа. Если для хорошо отожженной эвтек-тоидной стали значение предела текучести составляет -300 МПа, то после закалки она будет иметь предел текучести (2005 -2290)МПа, что достаточно хорошо соответствует известным сведениям из практики термической обработки металлов. [c.178] Как показывает анализ формирования свойств металла в результате полиморфных превращений по модели (4.51), упрочнение может происходить в стали независимо от содержания углерода, т. е. как для низко-, так и для высокоуглеродистых сталей. Различие состоит лишь в температурном диапазоне Агз—Ari, в котором происходит выделение новой фазы, а также в величине АИ дис- Для малоуглеродистой стали они близки к характеристикам полиморфного превращения ГЦК- ОЦК для железа А(2п.п а Для эвтектоидной стали - к характеристикам эвтектоидного превращения А 2фп- Для расчета изменения свойств сталей при их охлаждении от температур превращения с содержанием углерода до 0,8% можно принять приближенно линейную зависимость А0фп от содержания углерода. [c.179] Однако, как следует из анализа экспериментальных данных, прочность высокоуглеродистых сталей в отожженном состоянии выше, чем малоуглеродистых. Следовательно, встает вопрос о дополнительном влиянии углерода на свойства сталей. Попытаемся решить эту задачу с учетом изменения энергии системы за счет протекающих в ней химических реакций. [c.180] Экспериментальные значения упрочнения стали углеродом взя-ты по данным табл. 8 из [62]. [c.181] Совпадение экспериментальных данных и результатов расчета по соотношению (4.52), на наш взгляд, удовлетворительное. Это дает возможность сделать следующие замечания. [c.181] Таким образом, введение в сталь 15 одного процента хрома приводит к образованию в ней сложного карбида РезС-нСгуСз и к дополнительному упрочнению 30 МПа, что составляет 15 % от предела текучести данного металла. Это упрочнение пропорционально содержанию хрома в стали, однако для полной реализации возможного упрочнения необходимо так устанавливать соотношение хрома и углерода, чтобы весь хром был переведен в карбиды. [c.182] Во-вторых, эффект упрочнения во время полиморфного превращения в сталях может быть представлен в виде двух отдельных вкладов — собственно от смены кристаллографической модификации, что сопровождается изменением напряжений АОф а также от упрочнения в связи с протеканием химических реакций с образованием соединений типа карбидов. [c.182] Образование карбидов железа в стали практически не требует времени на миграцию углерода для сбора необходимого количества его атомов на формирование выделений РезС, поскольку, как отмечено в [62], углерод присутствует в твердом растворе в виде большого числа концентрационных флуктуаций. Следовательно, условия, необходимые для образования карбидов во время превращений в сталях, обеспечиваются и при предельно возможных скоростях охлаждения. В этом случае достигается максимальный эффект упрочнения. [c.182] Следовательно, при старении, как и при выделении карбидов в стали, движущей силой процесса и причиной упрочнения металла является переход химической энергии взаимодействия в другой вид энергии — в упругую энергию несовершенств кристаллического строения, или, другими словами - в энергию А1Удис. [c.183] Вернуться к основной статье