Поверхность раздела между частицей и матрицей

Остаточные термические напряжения будут вызывать трещины, путь которых будет таким, как показано на рис. 13. При > > (Хуп вокруг частицы будут образовываться либо полусферические трещины, если ур у> 7 1 либо трещины, проходящие сквозь частицу, если у . > Ур- Трещины могут также образоваться на поверхности раздела между частицей и матрицей, когда энергия разрушения поверхности раздела меньше энергии разрушения и частицы, и матрицы. Это происходит при плохих связях по границам раздела. При > р независимо от энергии разрушения двух фаз развиваются радиальные трещины. Как отмечено в работе [6], где наблюдалось большинство типов трещин, показанных на рис. 13, наиболее вредны радиальные трещины, так как они могут легко соединяться и образовывать сетку трещин между частицами. [c.40]

Пути разрушения для каждого из этих случаев показаны пунктирными линиями. Путь разрущения проходит сквозь частицы, если только не выполняются одновременно условия р > и Ур > ущ. Такие пути разрушения были отмечены в [6, 14]. В работах [33, 59] показано, что, когда существуют слабые связи по границам раздела, путь разрушения пересекает поверхность раздела между частицей и матрицей независимо от того, будет ли > [c.40]

При деформации пластичных металлов с частицами поры образуются либо вследствие разрушения частиц, либо вследствие разрывов по поверхностям раздела между частицами и матрицей. Среди приведенных в литературе примеров растрескивания твердых частиц можно назвать следующие разрушение частиц гидрида циркония в сплавах 2г — Н [88], разрушение частиц стержне- [c.60]

В этом случае хрупкая фаза представлена в достаточном количестве, и поэтому при разрушении сама матрица не может выдержать нагрузку. Прочность композита определяется прочностью хрупких частиц или поверхности раздела между частицами и матрицей, в особенности сопротивлением возникновению разрушения. Разрушение происходит при нагрузке, которая выше предельной нагрузки для композита, определяемой пределом текучести матрицы, но ниже предельной нагрузки, соответствуюш,ей пределу прочности матрицы. Эффективный предел текучести матрицы увеличивается вследствие пластического стеснения, налагаемого жесткими частицами на пластичную матрицу. Степень стеснения увеличивается с увеличением уровня напряжений до значения разрывной прочности частиц [20]. [c.92]

Общие замечания. К числу ответственных за упрочнение аустенитных суперсплавов когерентными частицами относят следующие факторы 1) когерентные искажения 2) различия в модуле упругости между упрочняющей частицей и матрицей 3) упорядоченная структура частиц 4) различия в энергии дефектов упаковки частицы и матрицы 5) энергия, необходимая для создания дополнительной поверхности раздела между частицей и матрицей 6) увеличение сопротивления деформации частиц с изменением температуры. [c.93]

Установлено, что дисперсные частицы у -фазы, когерентно связанные с аустенитной матрицей, переходят в мартенсит при у- а превращении. В таком случае для осуществления мартенситного превращения необходима дополнительная энергия либо на фазовое превращение у -частиц в ОЦК решетку, либо на создание новой межфазной поверхности разделу между частицами и мартенситом [226, 227]. В последнее время обнаружена также возможность перехода когерентных у -частиц в мартенсит с сохранением когерентной связи с окружающей мартенситной матрицей. Однако при этом частицы у 4>азы испытывают упругие тетрагональные искажения, на создание которых необходима дополнительная энергия [228]. Для реализации любого из трех указанных вариантов состояния у -частиц в мартенсите требуется увеличение движущей силы мартенситного у - а преврашения, что находит свое выражение в снижении температуры М [c.169]

Другой фактор, который еще не учитывается в теориях сплошной среды, связан с большим различием пластических деформаций, получаемых в действительности на разных сплавах. Ясно, что для теоретического определения пластичности следует принимать во внимание большое количество металлургических параметров. Некоторые из них, например объемное содержание, размер, форма частиц и расстояние между ними, хрупкая прочность частиц и прочность связей с частицами по поверхности раздела, предел текучести и степень деформационного упрочнения матрицы, а также анизотропия формы зерен и частиц и расстояния между частицами, уже упоминались. Достигнут значительный прогресс как в теоретическом, так и в экспериментальном плане по изучению влияния основных параметров, но остается расхождение между действительным поведением и теоретическими результатами. [c.79]

Независимость с и G от содержания углерода, т.е. от количества карбидной фазы, и существенное влияние на эти параметры исходного состояния свидетельствуют о том, что в кинетике а - 7-превращения решающая роль принадлежит не величине общей поверхности раздела между ферритной матрицей и карбидными частицами, а энергетическому состоянию самой матрицы. [c.72]

Структура поверхности раздела между претерпевшей превращение областью и окружающей ее матрицей часто тесно связана с механизмом роста (см. следующий раздел). В случае мартенситного превращения граница должна быть способна перемещаться под действием соответствующих движущих напряжений даже при очень низких температурах. Это перемещение не требует термической активации, если только не встречаются какие-либо препятствия, и такую границу можно назвать скользящей. Нескользящие границы могут перемещаться, только последовательно принимая различные промежуточные конфигурации, характеризующиеся повышенной свободной энергией, так что движению, таких границ способствуют термические флуктуации, и при достаточно низких температурах скорость этого движения становится пренебрежимо малой. Нескользящая граница может разделять как однофазные области одинакового состава, так и однофазные или многофазные области различного состава. В первом случае скорость роста обычно определяется атомными процессами, протекающими в непосредственной близости от поверхности раздела, и соответствующее превращение является процессом, контролируемым поверхностью раздела. Поскольку процессы, определяющие скорость роста, не зависят от положения поверхности раздела, линейные размеры растущей частицы в данном случае будут пропорциональны продолжительности роста этой частицы. [c.231]

Упрочнение трехмерными частицами может привести к получению материалов с изотропными свойствами, так как материал симметрично распределен по трем ортогональным плоскостям. Однако композиционный материал, упрочненный частицами, не является гомогенным и свойства его чувствительны не только к свойствам компонентов, но и к свойствам поверхностей разделов и геометрии распределения. Прочность композиционных материалов, упрочненных частицами, обычно зависит от диаметра частиц, расстояния между ними и объемной доли упрочняющей фазы. Свойства матрицы, включая коэффициент деформационного упрочнения, который повышает эффективность стеснения пластической деформации упрочнителем, также важны. [c.19]

Для полного описания процесса диффузии требуется еще второе граничное условие, характеризующее изменение концентрации в областях между растущими частицами р-фазы. Для простоты обычно сначала рассматривают рост отдельной частицы в матрице бесконечных размеров. Пусть г будет координатная ось, перпендикулярная поверхности раздела, и пусть положение этой поверхности определяется координатой г — р. Тогда граничные условия можно записать в следующем виде [c.259]

В большинстве теорий эвтектоидного роста предполагается, что процессом, лимитирующим скорость роста, является перераспределение растворенного компонента, которое осуществляется путем объемной диффузии в исходной фазе. В отличие от роста изолированной частицы в условиях, когда рост лимитируется диффузией, основные градиенты концентрации в данном случае параллельны перемещающейся границе. Рассматриваемая ситуация представлена схематически на фиг. 9, на которой, кроме того,, приведены обозначения некоторых концентраций, используемые при последующем обсуждении. Будем считать, что внутри отдельных пластин концентрации компонентов соответствуют равновесным составам выделяющихся фаз и Исходную концентрацию в матрице обозначим через а концентрации в матрице вблизи середин а- и Р-пластин через и соответственно. Далее, можно считать, что скорость роста и градиенты концентраций, обусловливающие диффузию компонентов, обратно пропорциональны расстоянию между пластинами у. Этот результат являете общим для всех теорий, в которых рост лимитируется объемной диффузией действительные градиенты состава, перпендикулярные и параллельные поверхности раздела, рассчитать очень сложно, и точное выражение для скорости роста до сих пор не получено. Более того, величина у в данном анализе является произ- [c.265]

При введении в стеклопластик волокон различного диаметра (от 40 до 315 мкм) удовлетворительной корреляции между теплопроводностью композиции и диаметром волокна при одинаковой концентрации последнего обнаружить не удалось. В случае порошковых наполнителей такая зависимость наблюдается. На основании полученных экспериментальных данных (рис. 2) можно сделать заключение о том, что уменьшение среднего размера частиц от 400 до 70 мкм приводит к повышению теплопроводности композиций на основе эпоксидной смолы от 0,57 до 0,86 вт м-град, на основе полиэфирной смолы от 0,79 до 0,92 вт м -град. Это, по-видимому, вызвано влиянием высокодисперсной фазы на величину площади поверхности раздела фаз (площади контакта металл — полимер) и на направленное структурообразование полимерной матрицы [13]. Например, уменьшение степени дисперсности порошка алюминия от 5 до 400 мкм вызывает мо- [c.109]

Так называемая теория стесненных слоев постулирует, что передача усилия от низкомодульной матрицы к высокомодульным волокнам может быть равномерной и эффективной, если между ними находится межфазный слой с промежуточным модулем упругости [49]. Поскольку экспериментально показано, что частицы наполнителя могут изменять плотность упаковки макромолекул эластичного полимера и уменьшать их подвижность, а следовательно, изменять механические свойства полимера на расстояние до 150 нм от поверхности, эти представления кажутся многообещающими. Был сделан вывод, что аппреты способны уплотнять структуру полимера на границе раздела, оставаясь химически связанными с поверхностью стекла [39]. Однако эти представления трудно увязать с релаксацией напряжений в пограничной области при компенсации термических усадок [29]. [c.46]

Рассмотрим сначала случай твердой хрупкой частицы в относительно вязкой матрице. На поведение композита непосредственно влияют размер частиц, их объемная доля и прочность поверхности раздела. Частица действует как концентратор напряжений. Ее размер и расстояние до соседней частицы определяют взаимодействие между полями напряжений частиц. При разрушении такого композита трещина в непрерывной фазе (матрице) будет многократно наталкиваться на частицы. Если прочность поверхности раздела между частицей и матрицей мала, то трещина будет вести себя, как при взаимодействии с порой, поскольку такая частица не способна передавать растягивающие напряжения, а радиус кривизны у нее меньше, чем у фронта трещины. В результате возможен рост вязкости разрушения. Это подтверждается данными для армированных пластиков, у которых прочность связи по поверхности раздела можно в известной степени регулировать с помощью специальной обработки поверхности упрочнителя. В работах Браутмана и Саху [4], а также Уамбаха и др. [49] было установлено, что вязкость разрушения композитов с матрицей из эпоксидной смолы, полиэфира или полифениленоксида, армированных стеклянными сферами, растет по мере снижения прочности связи по поверхности раздела. Помимо затупления вершины трещины предложены и другие механизмы, объясняющие повышение вязкости разрушения. Браутман и Саху, например, связывают его с увеличением трещинообразования и деформации в подповерхностных слоях. Для исследованных композитов изменение объемной доли стеклянных шариков по-разному влияет на вязкость разру- [c.302]

Вследствие деформирования поры могут также образоваться на поверхностях раздела между частицами и матрицей. Например, нарушение связи у включений в железе наблюдалось в работах [43, 76] микротреш,ины, связанные с поверхностями раздела между перлитом и ферритом, отмечены в [15, 43] зарождение пор около неоднородностей исследовано на внутренне окисленных медных сплавах [21, 67]. Обычно поры сначала образуются около частиц большего размера у полюсов и почти во всех случаях для образования пустот необходима пластическая деформация [82]. [c.63]

Среди различных факторов, определяющих величину работы продвижения дислокаций через препятствия, наибольшее значение, ло-видимому, имеют когерентные напряжения, возникающие из-за различия атомных объемов матрицы и когерентного выделения (теория Мотта и Набарро), и эффекты, связанные с увеличением поверхности раздела между частицей и матрицей при рассечении частицы дислокацией (Спайх). По мере роста частиц работа пересечения (среза) их увеличивается и дислокации начинают проходить между ними (если расстояние между частицами достаточно велико, а материал матрицы между жесткими некогерентными частицами является достаточно мягким). Если [c.310]

Деформация частицы, не содержащей Дислокации, возможна при достижении теоретической прочности. Поскольку модуль упругости матрицы обычно ниже, чем у частицы, то и теоретическая прочность матрицы будет достигнута раньше и вблизи частиц возможна локальная деформация матрицы. Напряжения вокруг частицы могут быть также сняты за счет образования трещины на границе раздела матрица — частица. Будут ли генерированы новые дислокации или возникнет трещина, зависит от величины поверхностной энергии и, в частности, от угла контакта между частицей и матрицей. Увеличение этого угла будет способствовать образованию трещин. Существенное значение имеет форма частиц. Ирлообразная форма затрудняет деформацию матрицы из-за эффекта трения на поверхности раздела, что может привести к разрушению [185]. [c.312]

При перерезании дислокациями выделений упрочнение достигается вследствие целого ряда причин. Движению дислокаций препятствует поле упругих напряжений вокруг выделения. Для перемещения дислокаций внутри частиц требуются более высокие напряжения, так как их модуль сдвига обычно выше, чем у матрицы. Если выделение имеет упорядоченную структуру, то необходимо затратить дополнительную энергию для разу-порядочения в плоскости скольжения. Как видно из схемы, приведенной на рис. 79, а, после прохождения дислокации через частицу образуются новые поверхности раздела между ней и окружающей матрицей. Это также требует дополнительного напряжения. Если частицы со средним радиусом г имеют неупорядоченную структуру, то напряжение течения, необходимое для перерезания частиц, определяется выражением [c.173]

Зарождение пор можно рассмотреть с точки зрения обмена упругой энергией между частицей и окружающей ее матрицей при создании новой поверхности раздела. Однако простого энергетического соотношения, как указывает Эмбери [393], не достаточно, поскольку не известен механизм отделения частицы от матрицы. Необходимо также знать величину деформации, при которой произойдет рождение поры. [c.196]

Из предыдущего раздела следует, что исходные усы необходимо соответствующим образом очистить перед тем, как использовать в качестве высокотемпературного упрочнргтеля. Теперь нужно рассмотреть еще два вопроса во-первых, совместимость очищенных усов с матрицей, например никелевой, и, во-вторых, эффективность связи между усами и матрицей. Эти вопросы можно изучать на усах с тонким слоем напыленного никеля (толщиной примерно 0,05 мкм). Когда усы с никелевым покрытием отжигают при температурах выше 1073 К, сплошной слой никеля разбивается на ряд сферических частиц, что позволяет непосредственно исследовать поверхность раздела никель — сапфир в электронном микроскопе. Этот способ эффективен в отношении проверки совместимости и исследования процесса образования связи ои будет подробнее рассмотрен в последующих разделах. [c.411]

Применяя такой механизм повышения вязкости к хрупким полимерам, Мак-Герри с соавторами [41] показал, что энергия разрушения полиэфирной и эпоксидной матриц может быть увеличена в 10 раз. Они вводили эластомерную фазу (до 10 вес.%) методом осаждения. В их исследованиях были получены два основных результата. Во-первых, эластомерная фаза эффективна только в том случае, когда размеры дисперсных частиц больше 0,1 мкм. Вбльший размер частиц оказывает больший эффект. Во-вторых, увеличение энергии разрушения получено только при существовании прочных связей по поверхностям раздела между жесткой полимерной и эластомерной фазами. [c.28]

В основном наибольшее влияние дисперсной фазы состоит в увеличении размера трещины, который влияет на все пять параметров композитов, отмеченных выше. Это влияние обычно приводит к более низкой прочности по сравнению с прочностью матрицы без второй фазы. Экспериментальные и теоретические исследования показывают, что размер трещины можно довести до минимума и тем самым получить оптимальную прочность композита при применении дисперсных частиц малого размера. Для этого требуется также незначительный разброс размеров частиц, а скопления частиц (агломераты) должны быть сведены до минимума посредством соответствующего метода введения дисперсной фазы. Как отмечено, модуль упругости композитов с дисперсными частицами зависит не только от упругих свойств двух фаз. Трещины, которые могут развиться в процессе охлаждения композита ниже температуры его изготовления, и псевдопоры, образованные под напряжением вследствие слабой связи по поверхностям раздела, приводят к более низким модулям упругости по сравнению с обычно вычисляемыми. Так как для получения оптимальной прочности необходим наибольший модуль упругости, наличие трещин может быть сведено до минимума, несмотря на большие остаточные термические напряжения путем изготовления композита с дисперсными частицами малого размера. Подобным образом можно избежать образования псевдопор при низком уровне приложенных напряжений путем обеспечения хорошей связи по поверхностям раздела между соединяемыми фазами. Следует отметить, что, хотя большие остаточные напряжения обычно нежелательны, они могут быть полезны в полимерных композитах для увеличения уровня приложенных напряжений, приводящих к образованию псевдопор, в тех случаях, когда невозможно получить хорошую связь по поверхностям раздела. [c.55]

Растрескивание по поверхностям раздела носит преимущественно энергетический характер с высокой граничной энергией, так как работа разрушения представляет собой разницу между суммой поверхностных энергий частицы и матрицы и энергией поверхности раздела частица — матрица. Критерий в напряжениях для зарождения трещины разработан в [4, 84] на основе предположения, что нарушение связи будет происходить в том случае, когда локальные напряжения превысят прочность границы между матрицей и частицей. В работе [84] проанализирована задача о внутреннем шейкообразовании между частицами и показано, что нарушение связи не произойдет, если прочность границы раздела будет превышать величину максимальной компоненты растягивающего напряжения при пластическом течении а , т. е. когда [c.71]

Попытка более точного вычисления деформации разрушения сделана в работе [62] на модели, подобной предшествующей, в которой вязкое разрушение связано с возникновением пор по поверхностям раздела частиц и матрицы и их дальнейшим слиянием с образованием вязкой трещины. Условие разрушения наступает в том случае, когда размер поры вырастает до длины, равной половине расстояния между порами, если принять в качестве расчетных средние размеры пор и расстояний между ними. Мак-Клинток рассматривает модель с цилиндрическими отверстиями, оси которых располагаются в направлении z, а поперечные сечения имеют форму эллипсов с полуосями а и Ь и с расстояниями между центрами отверстий и Ьь соответственно в направлениях а ж Ь. Расстояния между отверстиями и их размеры связаны с номинальными приложенными деформациями сдвига и напряжениями сдвига т посредством коэффициента деформационного упрочнения [c.77]

Большой интерес представляет влияние на кинетику старения добавки третьего элемента. Возможный эффект на начальных стадиях будет, по-видимому, зависеть от взаимодействия этого элемента с вакансиями. Так, было показано (по изменению р), что добавка небольшого количества Sn (0,006%) замедляет образование зон в сплаве А1 + 1,7% Си. Оказалось, что энергия активации процесса в тройном сплаве составляет 1,Ы0 дж (—0,7 эв), а в двойном 0,8-10 дж (0,51 эв). По-видимому, энергия связи между вакансиями и атомами олова на 0,32-10 дж (0,2 эв) больше, чем между вакансиями и атомами меди олово отвлекает от меди вакансии, необходимые для образования зон. Показано, что индий задерживает образование зон Г—П и фазы в", но способствует образованию частиц 6. Последнее объясняется, изменением состояния поверхности раздела матрицы и промежуточной фазы и уменьшением размера критического зародыша (Силкок). Известно также сильное [c.241]

Высокое сопротивление ползучести следует ол идать при наличии когерентной связи между матрицей и второй фазой. В этом случае, с одной стороны, нужны большие усилия, чтобы протащить дислокацию через поверхность раздела, а с другой — такая граница в диффузионном отношении менее проницаема, чем некогерентная. При когерентной связи частицы растут медленно. [c.393]

Рассмотрим сначала действие гетерогенных источников в объеме кристалла. В работе [344] подвергали гидростатическому сжатию медь, содержащую частицы S1O2 или Alj О3, образованные в результате внутреннего окисления. При давлении свыше 25 кбар вокруг частиц возникали дислокации, которые наблюдали методом электронной микроскопии. Была определена зависимость критического давления начала образования дислокаций от размера частиц. Как видно из рис. 59,а, величина критического давления повышается по мере уменьшения размера частиц. Зная модули матрицы и частицы, оценивали также критический уровень сдвиговых напряжений Тщах и параметра несоответствия на межфазной поверхности раздела матрица-включение . Из полученных данных (рис. 59,а) следуют два важных вывода. Во-первых, величины критического давления, напряжения сдвига и параметра несоответствия, необходимые для начала пластического течения, зависят от размера частиц. Во-вторых, максимальное локальное напряжение, необходимое для начала дефор.мации (см. рис. 59,а), находится между 0,001 и 0,008 Gy , что гораздо меньше теоретической СДВИ10В0Й проадости матрицы, равной 0,04 при комнатной температуре [345]. Полученные экспериментальные данные приведены на рис. 59,0 в сравнении с расчетными критериями начала пластической деформации [c.91]

Водород способен накапливаться и на границах между матрицей и выделениями, особенно если последние некогерентны. Наличие водорода может уменьшать прочность этой границы раздела, облегчая тем самым зарождение растрескивания. Если же количество водорода достаточно велико, то он может способствовать росту полостей на границе раздела за счет повышения давления Нг. Последний случай возможен при дислокационном переносе водорода, если он быстрее доставляется к границам выделений, чем уходит от них путем диффузии. С такой точки зрения интерпретировались случаи вязкого разрушения, ускоренного присутствием водорода [72, 74, 124]. При этом не уточнялось, влияет ли водород на зарождение или на рост полостей. Однако наблюдающееся во многих случаях уменьшение размеров лунок на поверхностях разрушения в водороде [74, 84, 124] позволяет предположить, что присутствие водорода отражается главным образом на зарождении полостей. Пример таких результатов показан на рис. 54. Эффекты, связанные с накоплением водорода на частицах предполагались и в ряде других случаев [63, 334, 335J. Поэтому важно было бы продолжить исследования влияния типа и ориентации включений в ферритных сталях [26, 59]. Число работ по этой теме возрастает, поскольку в материалах, применяемых на практике, желательно добиться вязкого типа разрушения. [c.137]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...