ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сверхпластическая деформация как резонансное явление из "Теория обработки металлов давлением " На рис. 5,16 схематически показаны частотные характеристики систем с высокой и низкой добротностью. Нельзя не отметить сходства этих зависимостей с плотностями вероятностей распределения, в данном случае - плотности вероятности распределения времен релаксации ДХ). [c.247] Построим функцию ДХ.) в виде До), где О) = 1/Х, X - время релаксации. Тогда До) можно интерпретировать как частотную характеристику металла. Она будет отличаться от ДХ), как это показано на рис. 5.17. Вид функции ДХ), как и Дш), зависит от структуры металла и его температуры. [c.247] Повысить добротность такого распределения можно, уменьшив дисперсию распределения ДХ). [c.247] Мы уже упоминали о том, что если ДХ)— б(Х-Х), то металл становится практически однородным. [c.247] По аналогии с колебательным контуром можно сказать, что металл настроен на одну фиксированную частоту . Такого состояния в металле можно достичь, если свойства всех его микрообъемов будут практически одинаковы, а металл - квазиизотро-пен. Этого можно добиться, существенно уменьшив величину зерна. Отсюда возникает первое и одно из наиболее важных условий структурной сверхпластичности - металл должен иметь сверхмелкое зерно. [c.248] Исходя из изложенного материала, можно сделать вывод о том, что уменьшение размера зерна должно приводить к совершенствованию функции/(X), к стремлению ее принять вид 5-функции. Это вызывает возрастание значения модуля структурной энтропии А. стр - Обратим внимание на тот факт, что одновременно с совершенствованием ДХ) при уменьшении размера зерна возрастает уровень неравновесности системы. Это свидетельствует о том, что коэффициент Р в аппроксимации кривой растяжения а(е) = Сто+осе уменьшается и в пределе Р— О, а материал с малым значением Р, согласно (5.55) и рис. 5.7, обладает крутой температурной зависимостью пластичности и склонен к сверхпластичности. [c.248] В разделе 3.3 мы высказали мнение, что основным механизмом релаксации напряжений во время пластической деформации является миграция границ, которые дрейфуют в металле под действием напряжений. В разделе 4.9 при анализе ползучести мы кратко рассмотрели этот механизм и показали, что при условии равенства скоростей перемещения дислокаций, задаваемой скоростью перемещения деформирующего инструмента, и скорости миграции границ наблюдается снижение деформирующих напряжений. [c.248] Во-первых, миграция границ будет обусловлена направлением деформирующих напряжений а, рис. 5.18. Отрезки границы, перпендикулярные направлению действия а, при условии а -у /г, где г - локальный радиус кривизны границы - удельная поверхностная энергия границы, будут перемещаться в направлении действия а. Те отрезки, которые не ощущают на себе действия а (участки 2 и 4), начинают мигрировать под влиянием напряжений /г вогнутостью вперед. [c.248] В результате миграции участки 2 и 4 соприкасаются и образуют новую границу. В итоге исходное зерно в результате разнонаправленной миграции своей границы разделилось надвое, причем размер зерна в металле практически не изменился. Зерно ведет себя как клетка в растительном организме во время деления. Ориентация нового зерна может отличаться от исходной небольшим углом разворота, вызванным новым значением удельной поверхностной энергии границы у. [c.249] Подобное поведение структуры металла во время СПД описано в литературе, например в [67, 68]. Аналогия металла с живым организмом, на наш взгляд, вовсе не удивительна, поскольку развитие науки о самоорганизации (синергетики) показало общность развития неравновесных систем, как живых, так и неживых. [c.249] Во-вторых (это самое интересное в резонансной модели), если механизм пластической деформации металлов как при холодной, так и при горячей деформации имеет в основном дислокационный характер, то скорость перемещения дислокаций обусловлена скоростью деформации металла в соответствии с (4.72). При проведении испытания можно задать такую скорость деформации е, чтобы дислокации, обеспечивая необходимое формоизменение образца, перемещались со скоростью границ (см. раздел 4.9). Дрейфуя с одинаковой скоростью, они в идеальных условиях никогда не пересекаются. Тогда при условии Тгр = Vд эффект упрочнения металла от взаимодействия дислокаций и межзеренных границ исчезает, а металл деформируется при напряжениях, характерных для монокристалла при тех же температурах. [c.249] Выход из режима пластического резонанса свидетельствует о снижении значения параметра т и о переходе к режиму обычной горячей деформации, при котором включается работа всех других элементов реологической модели (большие значения е ), или к режиму полз)Д1ести (малые значения т). Таким образом, зависимость т(е ), представленная на рис. 5.10, может быть определена как резонансная характеристика металла. [c.250] Для предохранения металла от разрушения может потребоваться дополнительный аккомодационный механизм деформации. В качестве такового может быть предложен любой из обычно используемых, например в [67, 68]. Кроме того, можно предложить еще один механизм, непосредственно согласующийся с принципами самоорганизации в неравновесных термодинамических системах и объясняющий смещение рисок, нанесенных на границу зерна (см. рис.5.15), во время сверхпластической деформации. Суть предлагаемого механизма состоит в следующем. [c.251] Как уже упоминалось, знак минус соответствует возрастанию неравновесности системы. [c.251] Если принять v=sr, т. е. увеличить рассматриваемый объем за счет удаления от границы на расстояние г, то Аа = - у у /г. Эти напряжения являются дальнодействую-щими и спадают пропорционально 1/г. Следовательно, любое зерно в металле вблизи границы имеет энергетический барьер в виде Аст характер данных напряжений показан на рис. 5.19. [c.251] любая граница в термодинамической системе создает внутренние напряжения. Известно, что в некоторых жидкостях под воздействием градиента температур возникают так называемые ячейки Бенара (см. рис. 1.3), в которых движение жидкости упорядочено, причем эти ячейки имеют четкие геометрические границы. [c.251] Естественно, что эти границы имеют энергию они создают напряжения у/г. Под действием разности напряжений в центре ячейки и вблизи границы движение жидкости, показанное стрелками на рис. 5,20, приобретает установившийся характер, который аналогичен в соседних ячейках, но внутри каждой из них автономен. [c.252] В металлах должна наблюдаться полная аналогия ячейкам Бенара с той лишь разницей, что скорости перемешивания среды (т. е. диффузионный массоперенос) существенно медленнее. Вот в чем, на наш взгляд, состоит причина смещения рисок, нанесенных на границы зерен, причем эффект этот оказалось возможным объяснить и без использования понятия о зернограничных дислокациях. [c.252] В заключение сделаем следующие выводы. [c.253] Вернуться к основной статье