Влияние пластической деформации и деформационного старения

ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ДЕФОРМАЦИОННОГО СТАРЕНИЯ [c.274]

Устранение вредного влияния пластической деформации и деформационного старения. Это может быть достигнуто путем правильного назначения величины пластической деформации при холодной гибке и штамповке, выполнением пластических деформаций при высоких температурах, выбором последовательности сборочно-сварочных операций, исключающих попадание резких концентраторов в зону пластических деформаций от сварки проведением высокого отпуска после сварки. [c.277]

В ряде работ [7, 14] физический предел выносливости рассматривается как результат проявления динамического деформационного старения. С точки зрения Дж. К. Леви [20], в условиях циклического деформирования при комнатной температуре наблюдается относительно медленное, но эффективное закрепление дислокаций в результате динамического деформационного старения. В этом случае накопление усталостного поврежде-ния и деформационное старение рассматриваются как конкурирующие процессы. Предполагается, что при циклическом нагружении выше предела вьшосливости интенсивность повреждения больше интенсивности упрочнения, обусловленного динамическим деформационным старением. Было предположено, что кривая усталости стали, склонной к деформационному старению, лежит между кривой усталости нестареющей стали и кривой усталости стали, полностью состаренной перед испытанием (рис. 5.2), Возможность развития деформационного старения при напряжениях, близких к пределу усталости, обусловлена тем, что в процессе циклического нагружения углеродистых сталей при указанных напряжениях (даже при напряжениях ниже предела усталости) наблюдается локальная пластическая деформация. Наличие этой деформации, значительная длительность испытания на уровне напряжений, близких к пределу усталости, возможность температурных пиков в местах локальной пластической деформации и, наконец, влияние самого процесса циклического [c.159]

Следовательно, при прочих равных условиях аномальное изменение свойств в результате прокатки при определенных температурах обусловлено динамическим деформационным старением. Прокатка при температурах выше комнатной, но ниже Ль когда подвиж- ность атомов примесей уже достаточно велика, а подвижность атомов матрицы еще мала для заметной рекристаллизации в короткое время, обеспечивает необходимые условия для динамического взаимодействия между генерируемыми деформацией свободными дислокациями и примесными атомами. Воздействие пластической деформации и температуры при теплой прокатке и качественно, и по физической природе аналогично воздействию их при деформации растяжением или изгибом. Однако теплая прокатка предоставляет дополнительные возможности для исследования природы динамического деформационного старения, так как при прокатке, в отличие от метода механических испытаний при повышенных температурах, динамическое деформационное старение и механические испытания можно проводить раздельно, благодаря чему влияние повышенной температуры на эффект динамического деформационного старения устраняется, влияние его на свойства стали выявляется более полно. [c.270]

При концентрации пластических деформаций имеют место три основных явления появление большей или меньшей в зависимости от формы концентратора объемности напряженного состояния рост величины пластической деформации металла, зависящей от коэффициента концентрации деформаций, изменение свойств металла вследствие его наклепа и деформационного старения последний фактор, как установлено специальными исследованиями, в низкоуглеродистых и низколегированных сталях имеет решающее влияние на возникновение хрупких разрушений. Деформационное старение возникает также в зонах сварки, если сварка проводится на участках, подвергнутых холодной пластической деформации, например гибке. [c.61]

При отсутствии конструктивных и технологических концентраторов на участках, подверженных деформационному старению, вредное влияние этого процесса не проявляется, так как возможные пластические деформации при воздействии цикла сварки не превышают 2—3%. Однако при наличии в этих участках концентраторов и, особенно, трещин возможные пластические [c.85]

Несмотря на значительное рассеяние экспериментальных данных, из табл. 4.5 следует, что наклеп и последующее старение вызывают существенное охрупчивание стали, имеющее близкие значения для сталей с разными уровнями прочности. Не выявлено систематического влияния на характеристики старения толщины проката, способа выплавки (мартеновская, кислородно-конвертерная, электропечная). Столь схожее влияние деформационного старения на охрупчивание феррито-перлитных сталей обусловлено тем, что их основной структурной составляющей является феррит, и именно его пластическая деформация протекает практически одинаково во всех исследованных составах. Повышение предела текучести за счет пластической деформации приблизительно в четыре раза превышает упрочнение, обусловленное отпуском (старением), т.е. за счет закрепления дислокаций атомами углерода и азота (дисперсионного твердения) (табл. 4.6 и 4.7.). [c.147]

Изучение влияния деформационного старения на форму кривых усталости позволило выявить и ряд закономерностей. В частности, можно утверждать, что статическое и динамическое деформационное старение способствует повышению значения предела выносливости. Наклон кривых усталости в результате предварительного статического деформационного старения возрастает, а точка перегиба кривой усталости при выходе на горизонтальный участок смещается в сторону меньших циклов нагружения [73]. Однако такой характер изменения кривых усталости наблюдается при степенях предварительной пластической деформации, не превышающих 10% (статическое растяжение). При больших степенях предварительной деформации имеются противоречивые данные о форме кривой усталости после предварительного деформационного старения. В ряде случаев наблюдается исчезновение четко выраженного физического предела выносливости [40]. В аустенитной нержавеющей стали типа 304 эффект динамического деформационного старения при малоцикловой усталости проявляется при температурах испытания 300-500 При этом на петлях механического гистерезиса наблюдается прерывистое пластическое течение [45, 47]. [c.237]

Температурная зависимость ударной вязкости. Динамическое деформационное старение стали методом испытания образцов на ударный изгиб при повышенных температурах рассмотрено в большом количестве работ. Наиболее полно и систематично использовали этот метод для исследования влияния различных технологических и конструкционных факторов на развитие синеломкости у ряда промышленных марок углеродистых и легированных сталей, по-видимому, Погодин-Алексеев и Фетисова [424, 494 и др.]. При испытании стали на ударный изгиб скорость пластической деформации равна примерно 10 сект [172]. Учитывая изложенное, температура максимального развития динамического деформационного старения должна составлять примерно 500—550° С. Действительно, по данным большинства опубликованных работ, на графиках температурной зависимости ударной вязкости минимум ударной вязкости находится в области температур 500—550°С [424]. [c.260]

Увеличение содержания углерода в стали от 0,1 до 0,8% не оказывает качественного влияния на зависимость механических свойств от температуры деформации и температурную зависимость механических свойств, но оказывает некоторое количественное влияние, выражающееся в повышении температуры максимального развития динамического деформационного старения и снижении абсолютной величины эффекта динамического деформационного старения. Аналогичные результаты получены в работах [466, 473, 507 и др]. Это можно объяснить тем, что в силу кратковременности процесса взаимодействия между дислокациями и примесными атомами основным поставщиком примесных атомов для блокировки дислокаций является твердый раствор, цементит не успевает включиться в реакцию в качестве поставщика атомов углерода. Поскольку при степенях деформации до 25—30% пластическая деформация развивается преимущественно за счет деформации феррита, плотность дислокаций в феррите среднеуглеродистых сталей оказывается, по-видимому, выше, чем в феррите низкоуглеродистой стали. Поэтому концентрация точек закрепления дислокационных линий, а значит, и эффект динамического деформационного старения в среднеуглеродистых сталях оказываются ниже, чем в низкоуглеродистой стали. [c.274]

Приведенные данные (см. рис. 108, 109) показывают, что интенсивность наклепа при различных температурах деформации неодинакова. При температурах динамического деформационного старения протекают процессы, приводящие к большему упрочнению стали, чем деформация при комнатной температуре. Деформация с той же степенью при температурах выше температуры динамического деформационного старения обеспечивает меньшую степень наклепа, чем деформация при комнатной температуре. Это указывает на протекание процессов, с помощью которых пластически деформируемые при повышенных температурах образцы могут быстро в процессе самой деформации либо накапливать упрочнение, либо, наоборот, освобождаться от некоторой степени наклепа. Следовательно, наклеп при холодной и теплой деформации различается по своему характеру. При этом можно сделать вывод, что температура деформации должна оказывать влияние не только на общую плотность дислокаций, но и на их распределение, косвенно характеризующее устойчивость созданной дислокационной структуры. Для оценки общей плотности дислокаций и изучения влияния температуры деформации на характер распределения дислокаций использовали метод трансмиссионной электронной микроскопии. Исследования по изучению распределения дислокаций в железе и других о. ц. к. металлах начали проводить сравнительно недавно, примерно в начале 1960 г. [82, с. 160]. В последующие годы появились работы по влиянию температуры деформации на плотность и распределение дислокаций в железе, ванадии, низкоуглеродистой стали и других о. ц. к. металлах и сплавах. Следует отметить, что некоторые исследователи с недоверием относятся к исследованиям дефектной структуры методом трансмиссионной электронной микроскопии по двум при- [c.285]

Более значительным и сложным является влияние остаточных напряжений п изменения свойств металла на наступление разрушения при низкой пластичности металла. Отрицательное влияние остаточных напряжений проявляется при закалке металла в зоне сварки на высокую твердость. Существенное влияние на статическую прочность сварных конструкций оказывают изменения свойств металла, особенно в зоне концентраторов напряжений. При низких температурах решающее влияние имеет деформационное старение металла, возникающее во время пластических деформаций в зоне надрезов (см. рис. 28, г, д—к). При приложении рабочих нагрузок разрушения могут наступить при средних напряжениях, близких к пределу текучести или даже ниже Оо.а- [c.63]

Значительное, порой решающее, влияние на сопротивляемость хрупким разрушениям оказывают концентрация сварочных пластических деформаций и деформационное старение металла. Эти явления имеют место, если нагрев металла и последующие его сокращендя происходят в непосредственной близости к острым концентраторам. Большинство разрушений, которые были зарегистрированы в конструкциях из сталей низкой и средней прочности, приходится именно на эти случаи, которые были подробно рассмотрены в гл. П. [c.148]

Влияние остаточных сварочных напряжений возрастает по мере перехода от пластических форм разрушения, т. е. разрушений, характеризуюш,ихся значительной степенью пластической деформации, предшествуюш,ей разрушению, к хрупким формам разрушения с малой степенью пластической деформации. При кратковременных испытаниях пластических материалов достаточно малых величин пластических деформаций, чтобы произошла релаксация остаточных напряжений. Поэтому при значительной обш,ей деформации значение релаксационных деформаций мало. В случае низкой деформационной способности материала, вызванной как внутренними факторами (низкая исходная пластичность материала, снижение пластичности вследствие закалочных явлений, деформационного старения, насыщения вредными примесями и др.), так и внешними (жесткая схема напря-жений, низкие температуры и др.), остаточные напряжения, суммируясь с эксплуатационными, неблагоприятно влияют на прочность. Влияние остаточных напряжений растет с уменьшением значения рабочих напряжений и с увеличением длительности испытаний. При длительных испытаниях, при повторно-статических нагружениях, которые характеризуются весьма малым значением общей пластической деформации и локализацией деформации в концентраторах, значение остаточных напряжений возрастает. Упругая энергия их, локализуясь в концентраторе, может вызвать значительную местную пластическую деформацию, достаточную для коррозионного разрушения. [c.516]

В случае использования тепла, выделяемого в процессе деформирования, в качестве цикла распад твердого раствора будет идти под влиянием как наследственного, так и прямого действия деформации. Деформирование-ведет к образованию свежих дислокаций и выделению на них упрочняющих фаз. Кроме того, движущиеся группы дислокаций могут сами транспортировать примесные атомы к выделениям. Из этого следует, что при совмещении пластической деформации и нагрева скорость распада твердого раствора должна аномально расти. В частности, в металлах с высокой энергией дефекта упаковки, какими являются алюминиевые сплавы, волочение при 150—190 °С сопровождается не только повышением плотности дислокаций и дефектов, но и гетерогенизацией твердого раствора вследствие взаимодействия атомов примесей с дислокациями и дефектами упаковки. При многократном деформировании старение после первого деформационного воздействия приводит к закреплению дислокаций выделениями, В результате этого связь накопленных у препятствий дислокаций с матрицей укрепляется и они сами могут стать дополнительными препятствиями. Этот процесс может повторяться после каждой новой ступени деформирования. Из-за стабилизации дислокаций дисперсионными выделениями характер силового воздействия скоплений на препятствие изменяется по сравнению с воздействием при однократной деформации. [c.194]

Наличие ориентированной направленности дислокаций при пластической деформации и ее влияние на анизотропность упрочнения убедительно подтверждаются даннььми об ориентированности упрочнения при дефор-. мационном старении. Современные представления о механизме деформационного старения базируются на теории Коттрелла о блокировании свежих дислокаций, образовавщихся при деформации, примесными атомами и их сегрегациями. [c.70]

Для определения совместного влияния концентраторов и деформационного старения проводят испытания сварных соединений или отдельных элементов после создания в них пластических деформаций механическим путем и регистрируют при этом разрушающие нагрузки. Выявляют критические температуры, при которых начинается резкое падение прочности. Степень снижения пластичности при этом определить не удается. Поэтому такие испытания обычно выявляют температуру, при которой механические характеристики соединений уже крайне низки. Целесообразно определять пластические свойства, например угол загиба или относитйдьное удлинение. [c.149]

Пластическая деформация при комнатных температурах и деформационное старение могут существенно понизить запас конструктивной прочности. На рис. 11-5 был приведен пример влияния деформационного старения на снижение прочности и пластичности надрезанных образцов из стали 15ХСНД. При температуре минус 40—45° С наблюдается резкое снижение средних разрушающих напряжений. Аналогичные результаты получены на сталях ЗОЛ, ЮХСНД, 15Г2СМФ, 15ГН4М. [c.275]

Наличия остаточных растягивающих напряжений, всегда возникающих после остывания конструкции, еще недостаточно, чтобы вызвать хрупкое разрушение даже при значительной толщине сваренных элементов. Дополнительным фактором должна бьггь концентрация напряжений, вызванная либо формой сварного соединения, либо дефектами сварки, либо низким качеством металла по сплошности. Высокий отпуск существенно снижает остаточные напряжения, но, конечно, не устраняет концентраторы напряжений. Необходимость введения высокого отпуска зависит от степени концентрации напряжений. При умеренной концентрации напряжений отпуск не является необходимым. Однако дополнительным отрицательным фактором может послужить концентрация пластических деформаций при сварке, в, особенности если она сопровождается деформационным старением металла. Здесь отрицательное влияние концентраторов проявляется дважды сначала в процессе сварки, вызывая концентрацию пластических деформаций и изменение механических свойств, затем во время эксплуатации, вызывая концентрацию рабочих напряжений. [c.420]

Таким образом, проведенное исследование показало, что наиболее чувствительными характеристиками к изменению структурного состояния изученных сталей в процессе деформационного старения являются уровень микроискажений кристаллической решетки матрицы и геометрические параметры выделившихся частиц второй фазы. Влияние предварительной холодной пластической деформации растяжением в исследованных режимах на механизм деформационного старения стали 0Х18Н10Ш обнаруживается в появлении двух стадий процесса, связанных с сегрегацией углерода и азота на дислокациях (в течение первого часа изотермической выдержки) и образованием частиц второй фазы (при выдержке до 3 ч). Дальнейшее старение до 1000 ч приводит к коагуляции и перераспределению дисперсных частиц уровень стабилизации структурного состояния материала при этом существенно не меняется. [c.204]

Деформационное старение, сущность которого заключаетсн в пластическом деформировании закаленной низкоотпущенной стали с последующим старением, повышает усталостную прочность стали 40Х при чистом изгибе в воздухе, увеличивает времп до разрушения в области высоких амплитуд циклических напряжений в коррозионной среде, независимо от степени деформации при старении (0—4 %). не оказывает влияния на условный предел коррозионной выносливости этой стали (Мой-сеев Р.Г. и др. [121, с. Т01]). [c.55]

Принципиально новое направление в области обработки пружинных сталей — использование обратного мартенситного превращения с последующим старением аустенита Таким образом можно получить немагнитные пружинные стали с повышенным комплексом прочностных свойств (см, стр. 49). Стали этого типа с П—14% Ni и 10% Сг дополнительно легированы для создания вторичных упрочняющих фаз титаном (1—1,5%) и алюминием ( 0,5—1%), а в некоторых случаях также и вольфрамом для стабилизации субструктуры. После нагрева при 1000° С и охлаждения сталь приобретает аустенитную структуру, которая в результате сильной холодной пластической деформации превращается в мартенсит, имеющий высокую плотность -дефектов строения в результате фазового и деформационного наклепа. Мартенсит при нагреве превращается В аустенит (обратное мар-тенситное превращение), который сохраняется после охлаждения до нормальной температуры. Этот аустенит обладает повышенной плотностью дефектов строения, наследуемых от прямого мартенситного превращения, деформации и обратного мартенситного превращения и создающих измельченную рубструктуру. При последующем старении (520° С) аустенит упрочняется вследствие выделения избыточных фаз, причем характер изменения предела упругости при изотермическом старении аналогичен н людае-мому при старении мартенситностареющих сталей. Это означает, что решающее влияние на закономерности упрочнения оказывает не тип кристалической решетки, а субструктура матричной фазы. [c.37]

Смещения критическ 1х температур Ltd зависят от размеров поперечных сечений (толщи(1ы Я и ширины В) (рис. 48 и 49) [2J. Наибольшим ока.зы-вается увеличение вторых критических температур при статическом растяжении с варьированием толщины сечения образца. При этом интервал температур квазихрупких состояний сокращается. Ширина сечения оказывает меньшее влияние на увеличение критических температур, чем толщина сечения. Ударное инициирование трещин (по Робертсону) дает абсолютные значения вторых критических температур примерно на 60—70 С выше, чем при статическом инициировании. Для термически необработанных сварных соединений повышение первых критических температур происходит более интенсивно (в 1,4—1,5 раза), чем для основного металла. При увеличении предварительных пластических деформаций от О до 10 % за счет деформационного старения вторые критические температуры возрастают практически линейно для малоуглеродистых сталей это возрастание приблизительно равно 40 °С. Повышение температур старения при заданной предварительной деформации приводит к монотонному увели-ченшо вторых критических температур с максимумом при 250—300 С (если деформация равна 10 %, Д са i= 80 С), При циклических поврежден.иях, оцениваемых в относительных долговечно стях (отношение числа циклов предварительного нагружения к числу циклов до разрушения), увеличение Д/сд и для малоуглеродистых сталей (долговечность Ш ) происходит по линейной зависимости с коэффициентами пропорциональности соответственно 30— 35 и 40—80. Увеличение долговечности на порядок снижает указанные коэффициенты пропорциональности на 25— 30 %. Малоцикловые повреждения в области температур деформационногв старения (250—300 °С) повышают коэффициенты пропорциональности примерно в 2 раза. [c.71]

Наблюдаемый одновременно эффект охрупчивания (снижение энергоемкости разрушения, повышение температуры хладноломкости и т. д.) менее удовлетворительно объясняется существующей теорией деформационного старения [7]. Блокирование дислокаций примесными атомами должно увеличивать вероятность возникновения и развития хрупких трещин, так как уменьшается возможность релаксации упругих напряжений за счет пластической деформации. При этом, как показано в работах [43, 44, 45, с. 157], возрастает интенсивность температурной зависимости предела текучести по сравнению с деформированным состоянием, что обычно связывают с увеличением склонности к хрупкому разрушению при снижении температуры нагружения. Однако хрупкость деформационно состаренной стали обьйчно оказывается более высокой не только по сравнению с деформированным, но и по сравнению с исходным состоянием (например, отожженным). В то же время блокировка дислокаций после отжига должна быть более сильной, чем после деформационного старения или, по крайней мере, одинаковой. Поэтому понимание природы охрупчивания при деформационном старении требует, по-видимому, более тщательного изучения природы влияния самой деформации на хрупкость. Это можно сделать, например, с помощью энергетических схем вязкого и хрупкого разрушения [46]. С возрастанием плотности дислокаций увеличивается величина упругой энергии, запасенной в металле. Эта величина, а следовательно, и плотность дислокаций не может превосходить определенного критического значения, которое определяется наступлением разрушения. С учетом неоднородности распределения дислокаций уже небольшая предварительная деформация может создать в отдельных объемах критическую плотность дислокаций. Если при последующем нагружении только некоторые из них релаксируют в трещину, то вследствие локальности процесса разрушения это уменьшит работу зарождения трещины. Степень релаксации упругих напряжений путем пластической деформации при развитии трещины будет меньше в деформационно состаренной стали не только вследствие блокировки дислокаций примесными атомами, но и вследствие более высокой исходной плотности самих дислокаций. Другими словами, достижение критической плотности дислокаций в деформационно состаренной стали требует меньшей дополнительной деформации, чем достижение указанной плотности в исходном (отожженном) состоянии. Это можно учесть в предлагаемых уравнениях хрупкого разрушения [7] через уменьшение величины эффективной поверхностной энергии стали после деформации и старения. [c.28]

Результаты испытаний приведены на рис. 96, 97. Увеличение скорости деформации при растяжении от б-Ю " сек-1 до 10 сек практически не влияет на характеристики пластичности при комнатной температуре, но существенно влияет на них при повышенных температурах. Интервал температур динамического деформационного старения и температура максимального развития его значительно повышается, температурный интервал динамического деформационного старения расширяется, а абсолютная величина эффекта по сравнению со статическим растяжением практически не изменяется Г95, с, 20 440 463]. Подобные данные получены Г. Н. Мехедом [464] при испытании на динамическое растялсение технического железа, В. С. Зотеевым [465] при испытании армко-железа и сталей Ст.З, 45, У10. Систематические исследования Л. Д. Соколова [466, 467] по изучению влияния температурно-скоростных условий деформирования на сопротивление различных металлов и сплавов пластической деформации, выполняемые преимущественно при деформации осадкой, также показывают, что с увеличением скорости деформации температура динамического деформационного старения повышается. Это обусловлено значительным повышением скорости перемещения дислокаций при увеличении скорости деформации. Динамическое взаимодействие между дислокациями и примесными атомами при возрастании скорости перемещения дислокаций возможно лишь при повышении температуры, стимулирующей соответствующее повышение скорости диффузии примесных атомов. При нарушении этого условия динамического взаимодействия между дислокациями и примесными атомами не происходит, эффект динамического деформационного старения отсутствует. [c.239]

К числу упрочняющих факторов относятся процессы тренировкн материала действием кратковременных напряжений, превосходящих предел текучести деформационное упрочнение, вызываемое структурными изменениями в напряженных мнкрообъемах материала самопроизвольно протекающие процессы старения, сонронождающиеся кристаллической перестройкой материала и рассеиванием внутренних напряжений. Положительное влияние оказывает приспособляемость конструкции — общие или местные пластические деформации, наступающие под действием перегрузок и вызывающие перераспределение нагрузок. Определенный упрочняющий эффект дает износ первых стадий (сглаживание микронеровностей), способствующий увеличению фактической площади контактирующих поверхностей, снижению пиков давлений и выравниванию нагрузки на поверхности. [c.151]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...