ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ВЛИЯНИЕ МНОГОКРАТНЫХ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ НА НЕОБРАТИМОЕ ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИИ из "Фазовые превращения и термо-циклирование металлов " Одной из причин размерной нестабильности при термоциклировании металлов могут быть фазовые переходы. Многие из них сопровождаются объемными изменениями, и создание условий для неодновременного развития их служит предпосылкой появления необратимой деформации тел. Этому способствуют температурные градиенты, наличие физической неоднородности и др. Но и при одновременном развитии фазовые переходы часто вызывают необратимые размерные изменения, связанные, например, с накоплением пор. Если периодическое термическое воздействие сопряжено с механическим, влияние фазовых превращений становится заметнее. Наиболее изучен эффект полиморфных превращений, процессов растворения и выделения избыточных фаз, процессов оплавления и затвердевания. Они и рассматриваются в этой главе. Результатом многократного чередования их при термоциклировании является изменение формы тел с сохранением объема или увеличением его вследствие накопления пор, что может и не сопровождаться искажением геометрии тел. Механизм роста чугуна и стали при термоциклировании с переходом через критический интервал усложнен участием нескольких видов фазовых превращений и поэтому обсуждается в отдельной главе. [c.50] Формоизменение урановых образцов может сопровождаться развитием пористости. Поры образуются при многократном повторении а — р-переходов. В спеченном уране они растут интенсивнее, чем в литом. Чередующиеся полиморфные р — v-превращения ведут к уплотнению пористых образцов. Таким образом, эффект термоциклирования зависит от типа полиморфного превращения [279]. Предварительная пластическая деформация препятствует изменению плотности и формы образцов, особенно на начальных этапах циклической термообработки. [c.52] Известно, что термоциклирование легированных сталей в интервале температур, в котором происходит сдвиговое полиморфное превращение, приводит к накоплению дефектов атомно-кристаллического строения. Так, многократные мартенситные превращения используют для упрочнения мартенситно-стареющих сталей [187]. Основной вклад в упрочнение вносит прямое мартенситное превращение. Образующаяся при нагреве фаза у лишь наследует большую часть дефектов мартенсита. О наследовании дефектов при трансформации упаковок сообщалось в работах [124, 387], и на нем основаны некоторые виды термомеханической обработки [40]. Сохранение дефектов кристаллического строения становится возможным благодаря необратимости прямого и обратного мартенситных превращений. После нескольких термоцнклов в никелевой стали накапливаются дислокации, дефекты упаковки, двойники, субзеренные границы, вследствие чего она упрочняется так же, как и после холодной деформации с обжатием на 30—50% [50]. Аналогичные данные имеются и для марганцовистой стали [165]. [c.55] Формирование столбчатых кристаллов во время термо-циклирования с градиентом температур наблюдалось и в других полиморфных металлах [304, 313]. Хоникомб [315], например, предложил использовать переходы через критический интервал температур для выращивания монокристаллов. Применительно к урану, цирконию, кобальту и железу этот метод приводит только к образованию крупных зерен или несовершенных монокристаллов с развитой субструктурой [304]. Развитие субструктуры имело место и в опытах, описанных в работах [72, 265]. По-видимому, основной причиной образования субзеренной структуры являются трансформационные напряжения, возникающие в результате объемных изменений. С устранением субграниц, способствующих зарождению аустенита, склонность железа к необратимому формоизменению при термоциклиро-вании ослаблялась[265]. [c.58] Авторы работы [324] привели многочисленные примеры размерной нестабильности различных углеродистых и легированных сталей при термоциклировании, сопровождающемся полиморфными превращениями. Литые образцы мало изменяли свои размеры, горячедеформированные — сильно. В зависимости от того как вырезанный образец ориентирован относительно направления деформации, при термоциклах длина его увеличивалась или уменьшалась. Авторы [324] не обнаружили влияния скорости нагрева и охлаждения на формоизменение стали при термоциклировании. Линейные изменения образцоз при варьировании темпа смены температуры 12 и 80 град/сек были близкими. Коэффициент роста составлял приблизительно 0,1%, и наблюдалась относительная независимость его от числа циклов. Приведенные в работе [324] данные свидетельствуют о том, что при термоциклировании технических сталей возникают факторы, действие которых перекрывает эффект температурных градиентов. Причины необратимого формоизменения деформированной стали в указанной работе не обсуждаются, возможно, они связаны с текстурой и химической неоднородностью образцов. [c.61] В изложенных ниже результатах опытов, выполненных А. А. Барановым и С. И. Родионовой, образцы нагревали пропусканием переменного электротока. В этом случае в них создавались и легко регистрировались определенные температурные градиенты вдоль образца. Образцы свободно крепились к медным токовводам, а вследствие использования в качестве исследуемого материала тонкой проволоки в них отсутствовало формоизменение, обусловленное градиентом температур в поперечном сечении. [c.61] Распределение температур на полудлине образца (а) и вид термоцикла (I цикл) (б). [c.62] Локализованное формоизменение стали становится заметным, если при термоцикли-ровании происходит полиморфное превращение, которое в углеродистой стали возможно при превышении 727° С. [c.62] Однако одних полиморфных превращений недостаточно. Их испытывает и средняя часть образца, нагреваемая до более высокой температуры, хотя размеры ее во время термоциклирования в вакууме 10 мм рт. ст. почти не меняются [32]. Таким образом, для интенсивного формоизменения образцов при термоцик-лировании необходимы пе только полиморфные превращения, но и наличие градиента температур. [c.62] С повышением содержания углерода в стали температурный интервал аустенитизации, в соответствии с диаграммой Fe — С (рис. 18), сокращается, напряжения локализуются в узкой области и степень локализации формоизменения возрастает. [c.65] Лозинский [157], изучавший деформацию железа и стали при постоянной нагрузке во время термоциклиро-вания, обратил внимание на то, что в неравномерно нагретом образце деформация локализуется в участке, температура которого соответствует двухфазному (а + у) состоянию. Это наблюдение согласуется с результатами выполненной ранее работы Совера [361] и в дальнейшем было подтверждено многими исследователями. Оказалось, что сталь в интервале температур полиморфного превращения испытывает большие деформации под влиянием нагрузки, значительно меньшей предела текучести каждой из фаз. [c.66] В связи с этим представляет интерес оценить уровень напряжений, которые создаются в образце во время фазовых превращений и приводят к необратимому формоизменению. Для этого образцы стали 45 термоциклировали под постоянной нагрузкой. Растягивающую статическую нагрузку варьировали в пределах 100—1000 Образцы термоциклировали по режиму 960 600° С для средней части. Оказалось, что малые нагрузки (примерно 100 Пмм ) лишь задерживали локальное формоизменение. При больших нагрузках в указанных участках образовывалась шейка. После 150 термоциклов под нагрузкой 1000 Пмм диаметр в шейке уменьшился от 1,45 до 1,32 мм. Нагрузка, компенсирующая эффект внутренних напряжений, составляла 200—300 Пмм . Учитывая, что участок с интенсивной локальной деформацией пребывал в области температур с низким сопротивлением деформации примерно в течение 10 сек, скорость деформации образца при о = 800 Пмм примерно составила 10 сек . [c.66] Юнг и Ратенау [293] обнаружили, что трансформационная деформация пропорциональна объемному эффекту AWF превращения и обратно пропорциональна прочностным свойствам материала при температурах фазового превращения. Механические свойства металла являются струк-турно-чувствительными характергютиками и с изменением упаковки атомов меняются. Естественно ожидать, что с появлением внутренних напряжений, связанных с изменением объема или формы превращенной области, деформация будет неоднородной преимущественно должна деформироваться фаза с более низким сопротивлением деформации. В железе, например, предел текучести аустенита значительно выше, чем у феррита, а скорость ползучести на установившейся стадии при 910° С почти в 200 раз меньше [365]. Поэтому преимущественно при фазовом превращении должен деформироваться феррит. О развитии пластической деформации в момент полиморфного превращения свидетельствуют приведенные выше данные об изменении структуры, связанном с накоплением дислокаций и развитием субструктуры феррита. [c.71] При Со 0 s и Л1 оо, т. е. когда внутренние напряжения приближаются к пределу текучести, уравнение (39) вырождается в уравнение (38). В реальных условиях способ деформации более слабой фазы обычно находится между этими крайними случаями (текучестью и ползучестью). Однако и в том, и в другом случае зависимость дес рмаций от внешних напряжений имеет линейный характер. [c.72] Полученные соотношения были усложнены путем учета анизотропии термического расширения фаз и релаксации внутренних напряжений. Проведенное в работе [304J сопоставление данных расчета с полученными экспериментальными результатами для урана, титана, циркония, железа и кобальта показало, в общем, удовлетворительное соответствие. Эксперименты подтвердили также расчеты, выполненные для разного типа фазовых превращений, совершающихся по нормальному и сдвиговому механизмам. [c.72] Вернуться к основной статье