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

Рис. 29. Схема передачи деформации через границу зерна

Прогрессирующее образование большого чJcлa скоплений уТр1йетвозможно лТт1ь-нлтаЖнь1Х£га дефор-маадйГШслГтогоак дёфорТйгаДия охватит все кристаллиты, внутри каждого из них можно наблюдать уже известные нам картины распределения линий скольжения и дислокаций. В то же время эти картины имеют ряд особенностей. Главной из них является неизбежность плотного контакта между зернами. Если бы каждое зерио деформировалось «самостоятельно», вне связи с соседними, то на границах неизбежно возникали бы несплошности и полости, которые приводили бы к преждевременному разрушению. На самом деле таких несплошностей при пластической деформации обычно не образуется. Теоретически для предотвращения их возникновения необходимо, чтобы в приграничных областях работало как минимум пять систем скольжения (критерий Мизеса). Такое множественное и «согласованное» скольжение и обеспечивает целостность приграничных областей в процессе деформации. В результате интенсивной деформации приграничных объемов там наблюдается повышенная плотность дислокаций.

KaкJIoкaзьIвaют эксперименты вдали от границ множественное сколыкёнйе в поликристаллах также начинается уже на начащн1х стадиях макродеформации. По поверхностным картинам линий скольжения в каждом зерне обычно фиксируются 2-3 системы скольжения. Электронно-микроскопический анализ тонких фольг из деформированных поликристаллов дает картины, качественно аналогичные тем, которые наблюдаются в монокристаллах на стадиях множественного и поперечного скольжения (см. рис. 27,в, г). В большинстве случаев формируется ячеистая субструктура (см. рис. 27,г).

Развитие текстуры деформации в поликристаллах приводит к изменению ориентировки внутри каждого зерна и вытягиванию всех их вдоль направления растяжения. При этом направление преимущественного скольжения (в г. ц. к. решетке <110>) во всех зернах располагается примерно параллельно оси растяжения.

-вот

Рассмотрим теперь пластическую деформацию скольжением металлов с решеткой. Наиболее важным отличием г. п. решетки с отношением сйЩЗ от г.ц. к. с точки зрения деформации является наличие в гексагональной плотноупакованной решетке всего одной - базисной - пло-скосхшшеимуществениого скольжения ОООТТГТТлотность

упаковки атомов в этой плоскости значительно больше, чем в любых других, и поэтому скольжение в небазисиых плоскостях затруднено и идет только под действием высоких напряжений на поздних стадиях деформации. В г. ц. к. решетке имеется тоже один тип плоскости преимущественного скольжения - {111}, но всего таких по-разному ориентированных в пространстве плоскостей четыре: (111), (ТП), (111), (111). При отюшшии £/а, значительно меньшем идеального, например в титане, где с/а= 1,587, наиболее плотно упакованы плocJiocти {10Го}, издесь базисное скольжение не должно быть преМущественным.

Монокристаллы металлов с глт, решеткой, благддрлат-н о ор иентиров а нны е д л я одиночного (базисного) скольжения, пластически деформируются в одной системе..на зна-ч ите л Ь119 б6 л ьшую. велич ину, чем ~г7ц1ТГ"монокр ис1а л л ы. Начало работы новых системскольжения наблюдается при относительно больших напряжениях. Полосы сброса в г. п. металлах уже не связаны с образованием скоплений у барьеров Ломер - Коттрелла, а имеют более сложную природу. Основным видом барьер ов образующихся в результате пересечения дислокаций при множественном скольжении, являгохсялислокационные щиолн. Их число растет с увеличением степени деформации, вь1зывая образование все более мощных скоплений, что в конце концов приводит к запиранию большинства источников и к развитию поперечного скольжения или разрушения. Следует отметить, что из-за трудности перемещения дислокаций во внебазисных плоскостях стадии множественного и интенсивного поперечного скольжения в г. п. металлах часто, осложняются развитием двойникования. \

Произвольно ориентированные т.п. монокристаллы деформируются аналогичным образом, только стадия легкого скольжения здесь укорочена.

Пластическая деформация поликристаллов г. п. металлов протекает качественно так же, как и металлов с г. ц. к, решеткой, проявляя, однако, специфические особенности, отмеченные при анализе картины деформации в монокристалле. Следует отметить, что в поликристалле возможно-

рительной холодной деформации прочностные характеристики материала повышаются (явление наклепа).

Деформационное упрочнение обусловлено торможением дислокаций. Чем труднее перемещаться дислокациям в материале, тем больше коэффициент (модуль) деформационного упрочнения-пронзвотгя напряжения по деформации - характеризующий наклон кривой деформации, В процессе испытания этот коэффициент меняется, и его изменения в конечном итоге определяют геометрию диаграммы деформации. Для строгого анализа закономерностей деформационного упрочнения необходимо пользоваться диаграммами деформации в координатах истинное напряжение (S или t)-деформация {е или g). Поскольку пластическая деформация скольжением в металлах осуществляется за счет движения дислокаций в определенных плоскостях под действием касательных, а не нормальных напряжений, более правильно строить кривые t-g. На практике в этих координатах строят диа-граммы растяжения монокристаллов, используемые в теоретических работах для 2 выяснения принципиальных вопросов де- \ формационного упрочнения.

Величина в определенной системе скольжения (приведенное напряжение сдвига) функционально связана с растягивающим напряжением

== 5 cos Э cosy,

где Э

угол между нормалью к плоско-

Рис. 30. Схема определения приведенного напряжения сдвига-

J - плоскость скольжения; 2 - нормаль к плоскости скольжения: 3 - направление скольжения

стн скольжения и осью растяжения; у - угол между направлением скольжения и осью растяжения (рие. 30).

Произведение cos 9 cos 7 определяет фактор ориентации (по имени автора его часто называют фактором Шмида): чем он меньше, тем ниже касательные напряжения в данной системе скольжения прн заданном растягивающем усилии.

Из формулы (24) видно, что п==0, когда ось растяжения перпендикулярна плоскости скольжения (y=90°) или параллельна ей (9 = 90°). Наибольшее значение /тах=0,55 получается, если cos 9cos 7=0,5, что соответствует 9=v=

сти базисного скольжения ограничены. Поэтому у металлов € с/а 1,633 деформационная способность поликристаллов относительно невелика.

Как уже подчеркивалось, для оцлс, решетки характерно наличие наибольшего числа систем скольжшвя. Поэтому даже на раинистаднях ШастИчШоидеформации прн любой ориентировке о. ц. к. кристаллов трудно реализовать скольжение в одной системе. Следовательно, стадия легко го скольжения у монокрнсталл овс ц. к решетКой-прТ1 прочих равных "условИяхороче, 1ем у других металлов, илн совсем отсутствует. "

Второй особенностью oiJUi металлов является относительная легкость попёречного асольжения. Это обусловле-ло несколькими причйнамиГВо-первых, увеличенное число возможных систем скольжения облегчает переход дислокаций нз одной плоскости в другую. Во-вторых, считается, что при расщеплении единичной винтовой дислокации с Ь~ = {а/2) [111] образуются частичные, тоже имеющие чисто винтовую ориентацию. В таком случае переход растянутых дислокаций в новую плоскость не требует обязательного образования перетяжек, вследствие чего этот переход и облегчается. Наконец, большинство используемых в технике о.ц. к. металлов отличаются такой высокой энергией дефекта упаковки, что дислокации в них вообще почти не расщепляются и, следовательно, им особенно просто менять плоскость скольжения.

Облегченное поперечное скольжение в о.ц.к. металлах приводит к тому, что оно происходит уже после незначительной деформации. Соответственно прн анализе картины пластической деформации почти от самого ее начала и до разрушения отмечаются все признаки поперечного скольжения как по картинам линий скольжения (их волнистость, пересечения, фрагментация полос), так и по дислокационной структуре.

Деформационное упрочнение металлических монокристаллов

Низкотемпературная пластическая деформация с самого ее начала и до момента разрушения сопровождается повышением сопротивления материала образца деформации по мере увеличения ее степени. Иными словами, для продолжения деформации требуется постоянное увеличение прилагаемого напряжения. Это явление называется деформационным упрочнением. Оно проявляется не только в процессе деформации. Известно, например, что после предва-

=45°. Приведенная деформация сдвига определяется как = (coseo)-4[(K o)-sinYo]/ -cosvo}, где 9о и уо - величины О и у в начальный момент деформации; /о и 1к - начальная и конечная (в любой момент испытания) расчетная длина образца.

Рассмотрим деформационное упрочнение при одноосном растяжении на базе той картины пластической деформации скольжением, которая была даиа выше. Анализ вновь начнем с наиболее простых объектов - монокристаллов чи-

s{t)\

Рис 31. Кривая деформациоииого упрочиеиия г. Ц. к. монокристалла, благоприятно ориентированного для скольжения в одной системе

Рис. 32. Ориеитациоииая зависимость напряжения, МПа-10 . начала пластической деформации кристаллов меди (Днл)

стых металлов, где можно наиболее четко и полно выявить основные закономерности деформационного упрочнения Ограничимся пока, как и ранее, интервалом температур до начала интенсивного термического возврата. Монокристаллы металлов с г. ц. к. решеткой, благоприятно ориентированные для одиночного скольжения

Кривая напряжение - деформация для таких образцов приведена иа рис. 31. Она состоит из нескольких участков. Каждый из них характеризуется своим законом изменения напряжения в функции деформации. Начальный участок Ооответствует пругойлефармации, Здесь коэфициент деформационного yпpoчнeJшя, pЩJeдeляeтcя модулем упругости, прйчёмупрочнение является обратимым - остаточного иаклепа после снятия напряжения практически нет, если пренебречь неупругими эффектами. Поскольку величина упругой деформации обычно очень мала, участок Оа на экспериментальных кривых практически совпадает с осью напряжений (см. рис. 50).

При анализе деформационного упрочнения металлов участок Оа обычно не рассматривается и первой стадии деформационного упрочнения соответствует линейный участок аЬ, на котором коэффициент упрочнения относительно мал tjdg порядка Второй участок &с:акж£ прямо-

линеен, но его наклонндчительио больШей/ порядка 10~з G). Наконец, последний участок характеризуется параболическим законом изменения напряжения в зависимости от деформации: с уаелэденнем деформации схепень упрпчнриия умрнмпяется.

Пластическая деформация начинается в точке а. Касательное напряжение, которое вызывает начало пластической деформации в какой-либо системе скольжения монокристалла, называется критичеашмприведенным напряо/се-нием сдвига (иногда его называют критическим скалывающим напряжением). Величина дро В чистоту пто;жжрн-ных монокристаллах имеет порядок Ю"*-10 G. Именно попытки объяснить столь малую велйчинукр привели в свое время к появлению теории дислокаций.

В благоприятно ориентированном r.jJ,K. монсиФисталле, когда одна из системжольжения ДТП} •<110> имеет фактор ориентации,(близкий к 0,5, т\т!Оответствует середине стандартного стереотрфч&ога! (рис. 32)7 пластическая деформация вначале идет в основном скольжением дислокаций в этой одной системе. Такая ситуация связана с сильной ориентационной чувствительностью кр (см. рис. 32). Участок аЬ (см. рис. 31) соответствует стадии легкого скольжения. Дисло1<ации здесь перемещаются относительно беспрепятственно, обеспечивая прогрессирующее удлинение без заметного роста действующих напряжений.

В точке b начинается множествнное-ХКйОЬЖение, число барьеров и самих дислокаций резко возрастает, и в результате усиливается эффективность их торможения. Наконец, в точке состигаетсяуровень напряжений, достаточный для интенсивного попе-речного скольжения..винтовых дислокаций. За счет обхода барь£рв степень упрочнения на третьей стадии (участок ck) становится, меньше, чем на второй. При этом с увеличением степени деформации dt/dg уменьшается, так как рост напряжений выше tc все больше облегчает обход барьеров за счет поперечного скольжения - идет так называемый динлшшп1тй~дшв2ат. Так можно качественно объяснить характер кривой на рис. 31. Для более детального анализа деформационного упрочнения необходимо рассмотреть возможные причины торможения

5-458