Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [ 11 ] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

ственное усиление деформационного упрочнения. На П1 стадии плотность дислокаций увеличивается уже в меньшей степени (обычно в пределах одного порядка) и деформационное упрочнение здесь не так ярко выражено, как на и стадии.

Приведенный анализ деформационного упрочнения благоприятно ориентированного г. ц. к. монокристалла и изложенные в предыдущем разделе сведения о пластической деформации моно- и поликристаллов с разными решетками и ориентировкой позволят нам теперь без труда разобраться в любых кривых упрочнения.

Произвольно ориентированные монокристаллы металлов с г. ц. к. решеткой

На рис. 33 сопоставляются кривые деформационного упрочнения благоприятно и произвольно ориентированных монокристаллов. Видно, что ориентировка монокристалла су щественно сказывается на деформационных кривых. При произвольной ориентировке сокращается или совсем исчезает стадия jierKoro скольжения, увеличиваете коэФФици еит упрочнения на I иТГстадиях, растет уровень напряжении тёчения.Всеэти различия макенгмальны при сравнении «мяТтсон» и «твердой» ориентировок (см. рис. 32). «Мягкие» ориентировки, соответствующие центральной области на рис. 32, находятся далеко от сторон стандартного стерео-Графического треугольника, особенно от стороны [001] -

[111], к которой в процессе деформирования приближается ось растяжения. В кристаллах с такими ориентировка-

О 0,05 0J 0,75 0,2 0,25 0,3 д

Рнс. 33. Крипые деформационного упрочнения кристаллов меди при разной их ориентировке:

G - экспериментальные кривые Лила; б - cxtjMd кривых i-Q при благоприятной (7) и произвольной \2) ориентировке кристалла относительно оси растяжения

ми пластическая деформация начинается (и продолжается) при минимальных напряжениях из-за благоприятиоГ! ориентировки первичной системы скольжения. По этой же причине у них наблюдается длинная I стадия деформации.

«Твердые» ориентировки располагаются вблизи или на границах стереографического треугольника, где две и более систем скольжения имеют близкие приведенные напряжения сдвига. Поэтому естественно, что на кривых деформационного упрочнения монокристаллов с такими ориентировками мы видим укороченную стадию легкого скольжения и более сильный прирост напряжения с деформацией Это иллюстрирует иа примере кристалла меди рис. 33,а. Здесь все кривые выходят из одной точки, поскольку по ординате отложено приведенное напряжение сдвига. Если бы по вертикальной оси диаграммы было отложено ие приведенное (внешнее) касательное напряжение, то «твердым» ориентировкам соответствовали бы более высокие значения напряжения течения от начала и до конца пластической деформации (см. рис. 33,6).

На 111 стадии разница в коэффициентах упрочнения нивелируется, поскольку к концу стадии множественного скольжения возникает дислокационная структура, уже мало зависящая от исходной ориентировки кристалла.

Монокристаллы металлов с г. п. решеткой

Как было показано выше, в. г. п.сристаллах с отношением с/аХЗЗЗ-ащдьженне идет в основном по базисным плоскостям. Поэтому при благштрцятнойррдентировке таких монокристаллов стадия легкого скольжения в.них про-стирается др оче£ь- .боль1Цих степеней деформации - часто болееLHQjyo (рис. 34). Коэффициент деформационного упрочнения здесь того же порядгГагчтб и в,х. ц. к. металлах (IQ-* G). И стадия, где идет мноотвенное скольжение иПГили) двойникование, также характер1ГЗуётся близким к г.ц. к. металламкофициентом упрочнения. Разрушение г. п. кристалла может произойти на П стадии, как у кaдi мия (см. рис. 34). В некоторых случаях до разрушения фиксируется и стадия динамического возврата с убывающим по мере деформации коэффициентом упрочнения.

При произвольной ориентировке г. п. монокристаллов, в которых идет преимущественно базисное скольжение, кривая деформационного упрочнения меняется качественно так же, как и при переходе от благоприятной к произвольной ориентировке монокристаллов с г. ц. к, решеткой (см. рис. 34). Но в гексагональных металлах (особенно с с/а

1,633) ориентационная зависимость и напряжения течения, и всей кривой деформации гораздо сильнее, чем в г.ц.к. металлах. На рис. 35 видно как сильно меняется напряжение начала пластической деформации чистого циика путем базисного скольжения в зависимости от ориентаци-онного фактора (ср. с рис. 32 для меди). Пди неблатоп£й-ятнойорнентировке базисной плоскости (Например, когдТ

Рис. 35. Ориентационная завнсн- t МЛ(1 мость напряжения начала пласти- ческой деформации кристаллов чистого цинка (Джнлсон)

Рис. 34. Кривые деформационного упрочнения монокристаллов кадмия (с/а = 1.886) благоприятной (/) и произвольной ориентировок (2) прн 77 К (Дэвнс)

то 200 mgjo

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

cos вCOS

она пдраллельна оси растяжения) в цинке (£:/а = 1,856) возможно йирамидальное скольжение. В этом случае критическое напряжение сдвига повышается до 1(>16 ЖПа (вместо 0,35-3 МПа при базисном скольжении).

По мере уменьшения с/а небазисное скольжение облегчается Например, у магнияХ*/= 124) разница в критических напряжениях сдвига при разных системах скольжения уже значительно меньше. В результате у него облегчается переход к множественному скольжению н, следовательно, короче стадия легкого скольжения.

В г. п. металлах с отношением с/а, значительно меньшем н.аеального (например, в титане), скольжение уже на начальных этапах пластической деформации идет в нескольких системах вдоль пересекающихся плоскостей. Поэтому здесь стадия легкого скольжения может отсутствовать при любой ориентировке монокристалла. Следует отметить, что закономерности деформационного упрочнения

г. п. монокристаллов установлены еще не так надежно, как в случае г. ц. к, металлов. Это относится в первую очередь к металлам с малым отношением с/а. Кроме того, имеются исключения из тех закономерностей, которые были выше сформулированы. Например, в бериллии (с/а= 1,568) скольжение идет в основном по базисным плоскостям, а монокристаллы рения (с/а = 1,616) имеют очень высокий коэффициент унрочне£1ия на всем протяжении деформации.

Монокристаллы металлов с о. ц. к, решеткой

В соответствии с особенностями пластической деформации о. ц. к. металлов I и П стадии на кривой деформационного vпpoчнeн{ш Jюнoкpиcтaлл Большая часть кри вой п ихо д?1Тс11а Ш стащю интенсивного попер еЗюго £кольжег1ия. Соответственно срсднйСй коэффициент деформационного упрочнения очень чистых о. ц. к. металлов должен быть ниже, чем у других. Однако экспериментальные данные по высокочистым о. ц. к. монокристаллам пока ограничены. Наличие же примесей, даже в малых количествах, сильно сказывается на виде кривых растяжения и коэффициенте деформационного упрочнения о. ц. к. металлов. Эти эффекты будут проанализированы ниже.

Рассмотрев основные особености деформационного упрочнения монокристаллов с различными решетками, можно перейти теперь к наиболее важным объектам - поликристаллам.

Деформационное упрочнение поликристаллов

По виду кривые растяжения чистых поликристаллов с различными решетками качественно одинаковы. После участка упругой деформации наблюдается упрочнение, которое можно приближенно описать параболической функцией 5 = 5о + Лс", Где Л - константа, 0<Сп<< I.

На кривых растяжения г. ц. к. металлов при низких температурах иногда удается выявить три стадии упрочнения (рис. 36, а). До удлинения на 1-2 % наблюдается параболическая связь Sec, затем следует линейный участок, а потом вновь параболический.

На примере никеля и меди показано, что эти стадии более четко выявляются при перестройке кривых деформационного упрочнения в координатах S-de/dS (рис. 36,6). В этих координатах макроупругий участок (до So) горизонтален, затем на I стадии в соответствии с параболическим упрочнением величина de/dS, обратная коэффициенту

деформационного упрочнения, возрастает. На ii стадии линейного упрочнения поликристалла de/dS вновь постоянен, а на третьей стадии растет из-за прогрессирующего снижения коэффициента упрочнения.

Сопоставление кривых S-de/dS с картинами линий и полос скольжения на поверхности зерен деформируемого поликристалла показывает, что ни один участок этих кри-

Рнс. 36. Стадии пластической деформации поликристаллов с г. ц. к. решеткой

вых не может быть охарактеризован своей, принципиально отличной от других структурой поверхностного рельефа. Из-за неоднородности деформации поликристаллического металла многие элементы этой структуры сохраняются в значительном диапазоне степеней деформации, и по мере растяжения происходят только ее количественные изменения. Еще на макррупрутом Устке - до напряжения So начала макропластической деформаций -в отдельных зернах наблюдаются линии и даже полосы скольжения. На i стадии (от So до Si) происходит увеличение площади поверхности растягиваемого поликристалла, на которой наблюдаются признаки пластической деформации скольжением. К моменту достижения точки, соответствующей напряжению Si, уже во всех выходящих иа поверхность зернах видны полосы скольжения, т. е. завершается стадия множественного скольжения практически во всем объеме поликристалла.

И стадия (см. рис. 36,6, от Si до S2) завершается после того, как во всех зернах пластическая деформация будет осуществляться за счет интенсивного поперечного скольжения (отдельные области с признаками этой стадии - волнистостью линий скольжения, фрагментацией полос - наблюдаются уже на i стадии). Наконец, iii стадия пластической деформации, где происходит параболическое упрочнение, по характеру кривой S-е (см. рис.

Поликристалл

Рис. 37. Кривые деформацион" ного упрочнения моно- и поли-кристаллического образцов из одного металла

~36, а) и по картине пластическо!! деформации соответству-ет iii стадии упрочнения монокристаллов.

Если сопоставить кривые деформационного упрочнения моно- и поликристалла из одного металла (рис. 37), то легко убедиться, что большая часть этой кривой для поликристалла соответствует напряжениям, превышающим то, которое необходимо для перехода к iii стадии деформации монокристалла (см. рис. 37, точка С). Именно поэтому мы наблюдаем признаки поперечного скольжения винтовых дислокаций уже на начальных стадиях растяжения поликристалла.

В целом трехстадийиость кривых деформационного упрочнения поликристаллов (см. рис. 36) имеет, таким образом, второстепенное значение. Аппроксимация этих кривых одной плавной функцией, например параболой, вполне корректна. )лйл V \ Особенности кривых деформационного упрочнения о-дикристаджш свя.заны в перкутр пчеррд нaлиJj5P границ зеден и раэ£ичной их ориентировкой. Коэффициент Деформационного упрочнения и уровень напряжений течения у поликристалла выше, чем у монокристалла. Стадия легкого скольжения, естественно, всегда отсутствует, и с самого начала пластической деформации происходит резкое упрочнение, связанное со скоплением дислокаций у границ. Но наличие границ вызывает существенное увеличение деформационного упрочнения поликристаллов по сравнению с монокристаллами лишь на начальных стадиях пластической деформации (/ стадия на рис. 36, а). В этот период коэффициент упрочнения будет тем больше, чем мельче зерно в поликристалле. После незначительного удлинения (на несколько процентов) кривые растяжения поликристаллов становятся практически параллельными кривым монокристаллов, когда в последних уже интенсивно идет множественное скольжение (см. рис. 37). Здесь вклад границ зерен выражается только в более высоком /ровне напряжений течения при одинаковых деформациях, ;корость же нарастания напряжений мало различается, Это естественно, поскольку параллельность кривых на-блюдается на той стадии деформационного упрочнения,