Деформация поликристаллических металлов и сплавов

Деформация поликристаллических металлов и сплавов. Реальные металлы состоят из большого количества кристаллических зерен, ориентировка которых случайна. Поэтому микроскопическое поведение металла изотропно, несмотря на анизотропию отдельных зерен. Применяемые в технике металлы обычно не являются чистыми, а представляют собою сплавы, кристаллы которых содержат атомы различных компонент. [c.152]

ДЕФОРМАЦИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 155 [c.153]

Зависимость (2.21), в которой и Ку — константы, за достаточно короткое время нашла свое экспериментальное подтверждение на абсолютном большинстве поликристаллических металлов и сплавов. Поэтому эТу зависимость пытались неоднократно объяснить с помощью различных теоретических моделей. Среди таких моделей наибольшее распространение получили теория, связывающая концентрацию напряжений в вершинах индивидуальных полос скольжения с размером зерна [26, 98, 99, 102] модель деформационного упрочнения, согласно которой плотность дислокаций, необходимая для пластической деформации металла, изменяется обратно пропорционально размеру зерна [63] модель начала пластического течения, исходящая из действия зернограничных источников и их определяющей роли в процессе передач , скольжения от зерна к зерну [54, 102]. [c.49]

Исследования по изучению закономерностей накопления повреждений и разрушения были выполнены в первую очередь на поликристаллических металлах и сплавах, поскольку этого требовала практика использования этих материалов в реальных конструкциях. Кроме того, несмотря на то, что процессы пластической деформации в поликристаллах более сложны, зарождение микротрещин и других дефектов у поликристаллических металлов происходит на более ранних стадиях деформиро- [c.39]

В работах [3, 22] было показано, что периодичность и стадийность процессов пластической деформации при статическом растяжении для случая поликристаллических металлов и сплавов с ОЦК-решеткой, имеющих физический предел текучести, может быть рассмотрена с учетом накопления повреждений (рис. 2.2). Следует отметить, что это наиболее сложный вид диаграммы статического растяжения металлических материалов. Усложнить эту диаграмму можно лишь, добавив участок деформации прерывистой текучести, которая иногда наблюдается на стадии деформационного упрочнения, например, у низкоуглеродистых сталей в интервале температур испытания 100-300 °С. В случае ГЦК-металлов и сплавов обычно на такой диаграмме отсутствуют зуб и площадка текучести. Рассмотрев стадийность деформации и накопления повреждений на примере такой сложной диаграммы, легче перейти к более простым случаям. [c.40]

Рассмотрим деформационное упрочнение при растяжении на базе той картины пластической деформации, которая была дана в гл. П1. Хотя на практике мы обычно имеем дело с поликристаллическими металлами и сплавами, анализ целесообразно начать с более простых объектов — монокристаллов чистых металлов, где можно наиболее четко и полно выявить основные закономерности деформационного упрочнения. Ограничимся пока интервалом температур до начала интенсивного термического возврата. [c.112]

В механизме изменения характеристик механических и триботехнических свойств металлов и сплавов наряду с рассмотренными характеристиками кристаллической и дислокационной структуры важное значение имеет характер распределения напряжений в поверхностном слое поликристаллических материалов. Установлено, что воздействие высокоэнергетическим пучком ионов различного сорта вызывает пластическую деформацию в тончайшем поверхностном слое до нескольких процентов. По мнению авторов [85], такая пластическая деформация может быть обусловлена статическими напряжениями и ударными волнами, образующимися в области каскадов при внедрении ионов. [c.174]

В настоящем разделе будут изложены представления об эволюции дислокационной структуры в поликристаллических ОЦК-металлах и сплавах в процессе деформации, которые являются неотъемлемой частью теорий деформационного упрочнения. Будут рассмотрены результаты исследования диаграмм структурных состояний, а также возможные механизмы образования наиболее характерных деформационных структур — дислокационных ячеистых структур — и условия их формирования. Кроме того, будут приведены данные по влиянию [c.119]

Начиная с последних лет XIX столетия, все возрастающее внимание отечественных и зарубежных материаловедов уделяется разработке способов и созданию аппаратуры, обеспечивающих возможность прямого изучения микроскопического строения и свойств металлов и сплавов, подвергаемых различным режимам нагрева и механического нагружения. Этот интерес связан с тем, что именно под влиянием температурно-временного фактора, например, в стали, являющейся одним из основных материалов современного машиностроения, протекают полиморфные превращения, а также происходят процессы рекристаллизации, отпуска, старения и отжига, определяющие уровень прочностных свойств изделий. В зависимости от температуры испытания или эксплуатации и режимов предварительной термической механической и. термомеханической обработки и скорости нагружения инициируются и развиваются в поликристаллических материалах механизмы внутри- и межзеренной деформации, сказывающиеся на эксплуатационных свойствах материалов. [c.5]

Пластическая деформация металлов и сплавов как тел поликристаллических имеет некоторые особенности по сравнению с пластической деформацией одного зерна [c.194]

Для многих металлов и сплавов экспериментально определены такие плоскости и направления. Системы скольжения основных металлов приведены в табл. 30. При деформации поликристаллических образцов могут одновременно действовать несколько систем скольжения, но все они принадлежат к одной или двум кристаллографическим ориентациям. [c.280]

Сопротивление пластической деформации, коррозионное поведение, магнитные свойства, релаксационные и многие другие явления зависят от строения границ зерен и протекающих возле них процессов. Экспериментальное исследование роли границ зерен и трактовка их влияния на свойства металлов и сплавов часто были связаны с методическими ошибками. С появлением новых физических методов исследований (электронной микроскопии, точечного рентгеноспектрального микроанализа и т. д.) и разработкой физических основ металловедения (прежде всего, теории дислокаций) [233] появилась возможность представить более надежную модель границ зерен в поликристаллических металлических материалах. [c.41]

Получить разрушение от среза без предшествовавших ему пластических деформаций не удается однако можно указать случай, относящийся к поликристаллическому металлу — прессованный магний и сплавы на его основе, — в котором разрушение от среза происходит после очень малой пластической деформации. [c.252]

Весь сложный комплекс явлений, составляющих существо процесса накопления повреждений при циклических нагрузках, объединяют общим термином — механическая усталость или просто усталость материала. В настоящее время принято считать, что усталостные повреждения на начальной стадии их развития связаны с пластическими деформациями в отдельных зернах поликристаллического агрегата, каким является каждый конструкционный металл или сплав. Указанные пластические деформации возникают лишь в отдельных зернах, ориентированных таким образом, что их плоскости наименьшего сопротивления скольжению близки к плоскостям действия максимальных касательных напряжений. Ориентированные таким образом зерна пластически деформируются еще на ранней стадии нагружения, на которой весь массив кристаллитов в целом ведет себя как упругое тело. Полагают, что соответствующий уровень напряжений составляет примерно 0,6... 0,7 от условного предела текучести То,2. Пластическое деформирование сначала в одном, а затем в обратном направлении сопровождается некоторыми разрушениями, происходящими в микроскопических объемах материала. Возникающие при этом микротрещины постепенно растут и частично сливаются от цикла к циклу. Более длинные трещины растут быстрее, а значительная часть наиболее мелких трещин прекращает свой рост вскоре после своего зарождения. В итоге слияния нескольких микротрещин раньше или позже возникает магистральная трещина, которая вначале видна лишь под микроскопом, а затем по мере развития — невооруженным глазом. Иногда образуется сразу несколько магистральных трещин. [c.334]

Известно, что пластические свойства поликристаллических металлов в значительной степени зависят от прочности границ зерен. Пограничные слои имеют более искаженную кристаллическую решетку, так как на расположение атомов влияют силы поверхностного натяжения, поэтому пограничные слои оказывают большее сопротивление пластической деформации, чем сами зерна. Вследствие этого для мелкозернистых сплавов характерно более высокое сопротивление пластической деформации, и они разрушаются главным образом по зерну. В крупнозернистых сплавах разрушаются в основном границы зерен. Указанное выше положение подтверждается явлением возврата и существованием так называемой равнопрочной температуры, при которой прочность зерна и его границ одинакова. [c.134]

Физический смысл предела пропорциональности любого материала настолько очевиден, что не требует специального обсуждения. Действительно, ащ для моно-й. поликристалла, гомогенного металла и гетерофазного сплава — это всегда максимальное напряжение, до которого при растяжении со(блюдается закон Гука и макропластическая деформация не наблюдается. Следует, однако, помнить, что до достижения Опц в отдельных зернах поликристаллического образца (при их благоприятной ориентировке, наличии концентраторов напряжений) может начаться пластическая деформация, которая, однако, не приведет к удлинению всего образца, пока деформацией не окажется охваченным большинство зерен. Самым начальным стадиям этого макро-удлинения образца соответствует предел упругости. Для благоприятно ориентированного монокристалла он должен быть близок к критическому скалывающему напряжению, конечно, после перевода касательного напряжения в эквивалентное ему нормальное по формуле (43). Естественно, что при разных кристаллографических ориентировках монокристалла предел упругости будет различен. У достаточно мелкозернистого поликристалла в отсутствие текстуры предел упругости изотропен — одинаков во всех направлениях. [c.142]

Это одно из самых замечательных механических свойств металлов было продемонстрировано нагляднейшим образом рядом исследователей в весьма убедительно поставленных за последние годы экспериментах, где больших остаточных удлинений в металлических монокристаллах удалось достигнуть путем постепенного увеличения растягивающей нагрузки. Применяемые в технике конструкционные металлы с поликристаллической структурой обладают, сверх того, и другими замечательными свойствами. Отметим здесь их способность получать под нагрузкой весьма малую упругую (т. е. обратимую) деформацию до тех пор, пока эта нагрузка не превзойдет некоторой величины, и деформироваться уже необратимо (т. е. пластически) и значительно при дальнейшем возрастании нагрузки. В связи с этой последней характеристикой поликри-сталлических металлов находится и их способность, подвергаться холодной и горячей обработке посредством ковки, гнутья, прессования, волочения, прокатки и т. д. Стали, а также и другие черные и цветные металлы и их сплавы могут подвергаться закалке, причем после закалки пластические деформации возникают в них под значительно более высокими нагрузками, чем до закалки. [c.11]

Развитие современного машиностроения выдвигает необходимость изыскания путей повышения прочности деформируемых магниевых сплавов. Очевидно, работу по созданию более высокопрочных магниевых сплавов необходимо вести в направлении улучшения композиций и упрочнения сплавов методами обработки давлением. Повышение прочности деформированных магниевых сплавов методом усовершенствования композиций рассмотрено ниже. Упрочнение магниевых сплавов методами обработки давлением возможно, если использовать следующие закономерности изменения механических свойств в зависимости от условий деформации. Оказывается, что при деформировании поликристаллических металлов основные показатели механических свойств изменяются следующи.м образом твердость, предел прочности, предел текучести и предел упругости растут, а удлинение, сужение поперечного сечения и ударная вязкость падают. Из этих закономерностей следует, что необходимое упрочнение после холодной деформации может быть достигнуто применением определенной для данного сплава степени деформирования, а упрочнение при смешанной деформации — при соблюдении для данного сплава определенной температуры обработки давлением. И только упрочнение при горячей обработке теоретически невозможно, так как в этом случае полностью завершаются разупрочняющие процессы. [c.192]

Характерной особенностью деформации реальных металлов и сплавов, являющихся поликристаллическими материалами, есть микроодиородное деформирование по их элементам структуры, которое сохраняется при цилличссиих нагружениях. Расс.матриваются ре зультаты экспериментального изучения закономерностей микронеоднородного деформирования. Определяемого по микробазам до 10 мкм, что в 3—5 раз меньше ра шера зерна. [c.424]

Для понимания процессов деформации реальных металлов и сплавов, являющихся поликристаллически ми телами, целесообразно вначале рассмотреть закономерности деформации монокристаллов. [c.101]

Сложное поведение поликристаллических металлов и сплавов определяется в основном наличием большого разб роса кристаллических зерен по величине и границами между ними. Природа межкристаллических границ являлась предметом длительных обсуждений. Одни утверждали, что зерна разделены областью толщиной порядка нескольких сотен атомов, причем последние расположены беспорядочно, образуя так называемый аморфный цеменпирующий слой . Другие же считали, что М ежду двумя зернами с преобладающим в каждом из них кристаллическим порядком находится слой толщиной порядка всего лишь нескольких атомов, составляющие которого, подверженные влиянию сил обеих решеток, образуют промежуточный слой. Последнее предположение сейчас более распространено и в последнее время [Л. 25] получило строгие доказательства путем применения к межкристаллическим границам понятия свободной энергии [Л. 24]. Эти кристаллические границы обусловливают высокую или низкую прочность в определенных условиях напряжений. С одной стороны, они образуют барьер, препятствующий проникновению смещений в решетку кристаллов, чем подтверждается большая механическая прочность поли-кристаллических металлов по сравнению с монокристаллами. С другой стороны, границы увеличивают скольжение, текучесть и сдвиги при механической нагрузке, примером чего может служить поперечная деформация вольфрамовых проволок, описываемая в следующей главе (рис. 8-3). Установлено также, что атомы диффундируют в случае большинства поликристалличе-ских металлов быстрее вдоль границ зерен, где потенциальный барьер, преодолеваемый в процессе диффузии, более низок, чем при диффузии внутри зерен. Проникновение серебра в ковар во время пайки и вызываемые при этом трещины вдоль границ между зернами являются примером этого явления. [c.165]

Дан анализ структуры и свойств чистых металлов и сплавов, монокристаллов и поликристаллических агрегатов при пластической деформации с привлечением теории дислокаций. Приведены современные физические представления о механизмах пластической деформации, явлений упрочнения, разупрочнения, разрушения, тексту-рообразования в зависимости от типа кристаллической решетки, вида легирования, температуры и скорости деформации, размера зерна, фазового состояния и др. Рассмотрены физические основы разработки новой и усовершенствования суш.ествующей технологии обработки давлением, включая ТМО и обработку в условиях сверхпластичности. [c.2]

В поликристаллических металлах процесс ползучести осложняется наличием границ между зернами и блоками, которые могут влиять на нее двояко. При температуре ниже равнопрочной благодаря наличию на этих границах несовершенств решетки и примесей, они препятствуют перемещению дислокаций. Наоборот, при температуре выше равнопрочной границы между зернами и блоками оказываются наиболее слабыми местами, по которым легче протекает пластическая деформация, облегчается протекание диффузии и самодиффузии благодаря перемещению сосредоточенных на них вакансий. Поэтому разрушение при высоких температурах, как правило, происходит по границам зерен, при более низких температурах и комнатной обычно трещины идут через зерно. В связи с этим крупнозернистые металлы и сплавы при более высокой температуре более прочны, чем мелкозернистые при менее высокой и комнатной температуре, наоборот, выгоднее мелкозтнистые. [c.398]

Стадийность процесса прежде всего связана с различным типом дефектных структур, самоорганизующихся при обмене системы энергией (и веществом) с окружающей средой. Эволюция дислокационной структуры в процессе деформации монокристаллов с ОЦК-решеткой, детально изученная в работах [35, 148, 216, 235 и др.], связана на различных стадиях со следующими дислокационными структурами стадия I — диполи из краевых дислокаций, винтовые дислокации и скопления дислокаций II — клубки дислокаций, границы ячеистой структуры III — ячеистая структура. Считают, что переход от одной стадии к другой, а следовательно и перестройка дислокационной структуры, связаны с изменением кристаллографии скольжения. В случае поликристаллических материалов также удается выделить эти стадии, в том числе при циклическом нагружении [35, 236, 237]. В работе [235] предложена обобщенная схема деформационного упрочнения поликристаллических ОЦК-металлов и сплавов (рис. 90), отражающая многостадийный и иерархический характер перест- [c.135]

В.И. Трефилов), в которых рассматриваются начальные участки кривых деформирования на основе учета процессов скорости движения и размножения дислокаций [76-77]. Однако и эти представления требуют дальнейшего уточнения [77] и не могут объяснить всех экспериментальных данных по проявлению физического предела текучести у металлов и сплавов с различными кристаллическими решетками [69,72]. Так, наличие физического предела текучести у ГЦК-металлов связывают с различными причинами геометрическим разупрочнением, деформационным разупрочнением, упрочнением поверхностного слоя, атмосферами Сузуки и др. [67]. В работе [63] отмечается, что теория Гильмана-Джонсона-Хана не учитывает гетерогенной природы поликристаллических тел и стадию микротекучести, а также не объясняет снижение предела текучести с увеличением размера зерна. Кроме того, она не предсказывает нижний предел текучести и величину деформации Людерса-Чернова [79]. Со своей стороны добавим, что эта теория не рассматривает преимущественное течение приповерхностных слоев металла на начальных стадиях деформирования и эффект динамического деформационного старения у железа и низкоуглеродистых сталей [13], [c.171]

Детальные исследования эволюции дислокационной субструктуры поликристаллических ОЦК металлов и сплавов на их основе [8, 39, 70, 71] могут быть систематизированы с помощью диаграмм структурных состояний, на которых в координатах температура — степень деформации нанесены области существования различных типов дислокационных распределений (рис. 7.9). Типичные субструктуры для различных участков диаграммы приведены на рис. 7.10. Как следует из рис. 7.9, 7.10, наиболее типичными дислокационными распределениями оказываются клубковые распределения (сплетения, жгуты), хаотическое однородное распределение дислокаций, разориентированная ячеистая (фрагментированная, субзеренная) субструктура, область [c.206]

Как указывалось выше, применяемые в промышленности металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение. При обработке давлением таких металлов происходит пластическая деформация отдельных зерен путем скольжения и двой-никования (аналогично монокристаллу) и смещение их относительно друг друга. Деформация сопровождается раздроблением зерен и их удлинением в направлении наибольшего течения металла. В результате этого, последний приобретает строчечную мелкозернистую структуру, отчетливо наблюдаемую под микроскопом (рис. 105, а). [c.203]

Как указывалось выше, применяемые в технике металлы и сплавы являются поликристаллическими телами. Общая пластическая деформация таких металлов складывается из внутрикристаллитной и межкристаллитной деформаций. Внутрикрнсталлитная деформация протекает за счет скольжения и двойникования межкристаллитная состоит Б поворотах зерен и смещении этих зерен относительно друг друга. В результате обработки давлением зерна частично раздробляются и вытягиваются в направлении наибольшего течения металла, образуя строчечную структуру (см. рис. 2, а). Аналогично монокристаллу холодная пластическая деформация поликристаллического металла вызывает его упрочнение. [c.11]

Релаксационные явления объясняются неустойчивостью внутреннего напряженного состояния, обусловленного неоднородностью строения поликристаллического тела. В нем неизбежно находятся участки как упругонапряженные, так и пластически деформированные. Объемы, находяп1иеся в различных состояниях, неодинаково реагируют на внешние силовые воздействия, в результате чего и возникает процесс перераспределения напряжений и деформаций. Процесс выравнивания поля внутренних напряжений при обычных температурных условиях протекает крайне медленно. Процесс снятия внутренних напряжений можно значительно ускорить путем применения искусственных приемов, создающих в материале пластическую разрядку. Одним из них является наложение дополнительных напряжений. Однако, если металл или сплав обладает свойством упрочняться, а таких большинство, пол-ност1>ю освободиться от остаточных напряжений не удается наложением даже очень больших напряжении. [c.44]

В металлических материалах по структурному признаку различают Гомогенную и гетерогенную анизотропию [86, 87]. Гомогенная анизо-тррпия определяется типом кристаллической решетки и соответственно различием свойств кристаллов в разных направлениях. При появлении в результате деформации предпочтительной ориентировки кристаллов в поликристаллическом металле свойственное монокристаллам различие свойств проявляется во всем объеме текстурированного металла. Гетерогенная анизотропия связана с закономерно ориентированным распределением в структуре металлических и неметаллических включений, участков, отл1 чающихся по химическому или фазовому составу, а также дефектов, образовавшихся вследствие течения металла при деформации. Основное отличие титановых сплавов от других конструкционных металлов связано с гомогенной анизотропией, влияние которой на характеристики разрушения рассмотрено ниже. [c.128]

ЛИЯ (рис. 87). Выше было указано, что титановым сплавам,- как и другим поликристаллическим металлам, свбйствен микронеоднородный характер распределения деформаций по микрообластям. Величина микронеоднородной деформации надежно определяется по результатам измерения расстояний между отпечатками алмазной пирамиды, нанесенными на приборе ПМТ-3. Коэффициент концентрации локальной деформации вычисляли по формуле / е = е,-/ ср де бу—деформация на /-том участке на базе 20 мкм е р — средняя деформация образца. [c.133]

Некоторое время спустя становится ясным, что п в разупорядоченном состоянии поликристаллы твердых растворов обнаруживают стадии II и III пластической деформации [28—30]. Картина течения поликристаллов приобретает общий характер независимо от того, сплав это или чистый металл, упорядоченное или разупорядоченное состояние и каков тип кристаллической решетки. Идентифицируется и наличие переходной стадии в поликристаллах [29]. Среди советских исследователей здесь отметим цикл работ Цыпина с сотрудниками, посвященных стадийности кривых течения поликристаллов меди и ее твердых растворов [31—33]. В 1976 г. в монографии Ивановой и Ермишкина [34] явление стадийности кривых течения описано на ОЦК поликристаллах. Картина кривой течения поликристаллических металлов могла быть представлена теперь в следующем виде (рис. 5.2) переходная стадия, стадии II и III. [c.125]

При расчетах напряжений и деформаций поликристаллических тел с помощью уравнений теории упругости следует помнить, что получаемые при этом результаты будут представлять собою средние значения указанных величин в окрестности рассма риваемой точки тела (причем объем той области, в которой производится осреднение, будет во много раз больше объема кристаллического зерна). К этому следует добавить, что условия изготовления, а также различного рода механическая обработка вносят в металл (или сплав) более или менее существенную анизотропию и неоднородность, ввиду чего можно говорить лишь о приближенной однородности и изотропности реальных материалов. [c.13]

Уравнение (3.57) уже может быть использовано для обработки кривых нагружения металлов [330], но при условии L = onst (см. физическую трактовку параметра L в разделе 3.2). Справедливость этого-условия непосредственно проверить нельзя, но фактической его проверкой служит перестройка кривых нагружения в координатах S — у/ , в результате которой кривые деформации превращаются в прямые линии или ломаные с прямолинейными участками. Такая проверка успешно выполнена для поликристаллических ОЦК-металлов [326, 327, 331, 332], a-Ti [333], Be [334] и некоторых сплавов [335]. При этом, если в работах [324, 325] наличие перегиба на перестроенных кривых [c.137]

Известно, что при обычных условиях разрушение металлов с гексагональной плотноупакованной структурой, например цинка, происходит преимущественно по телу зерен. Опыты показали, что поликристаллические образцы галлированного и амаль-гамированого цинка, напротив, разрушаются, как правило, по межзеренным границам. Опыты проводились с помощью специально сконструированной приставки к вертикальному металлмикроскопу, позволяющей плавно задавать образцам небольшие деформации (с точностью до 10 мк) и последовательно фотографировать один и тот же участок образца по мере его растяжения. В качестве объектов исследования служили пластинки цинка, кадмия и олова высокой чистоты длиной 40 мм, шириной 2,5—3,0 мм и толщиной около 0,3 мм, подвергнутые собирательной рекристаллизации до величины зерна —1 мм. После электрополировки образцы запаивались сплавом Вуда в зажимах приставки адсорбционно-активный металл наносился на небольшом участке поверхности порядка 5 мм ртуть — контактным методом (вытеснением из раствора азотнокислой [c.254]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...