строение (557054), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Когда продолжающееся разделение фаз приведет к достижению минимальной свободной энергии, составы обеих фаз окажутся существенно различными в соответствии с точками т и л, определяющими положение общей касательной к спинодали и соответствующими концентрации х, и хз. Разделение фаз приведет к достижению минимальной свободной энергии. Применив избирательное травление, можно выявить происшедший спинодальный распад на две фазы с резко отличающимися составами. Участки твердого раствора с разной концентрацией, хотя и характеризуются однотипным строением, отличаются удельными объемами.

Так как граница между этими участками когерентная, то с ее появлением связана упругая деформация сопряжения участков с разным периодом решетки. Термообработка сплавов на основе спинодального распада позволяет получить модулированные структуры с равномерным распределением продуктов распада по объему сплава и может применяться как в металлических, так и в неметаллических материалах. Например, применение спинодального распада открывает перспективы в изготовлении изделий из снталлов, а также металлических материалов со специальными физическими свойствами. Глава 3 СПОСОБЫ НАПРАВЛЕННОГО ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОИСТВ МАТЕРИАЛОВ В 1. Механизм пластической деформации и упрочнения металлов Пластической деформацией называют перемещение одной части кристалла относительно другой, приводящее к появлению остаточной деформации.

У металлов величина остаточной деформации, предшествующей разрушению, обычно велика и является одной из важнейших характеристик материалов. При пластической деформации атомы смещаются по определенным плоскостям и направлениям, называемым плоскостями и направлениями скольжения. Скольжение в металлах происходит под воздействием касательных напряжений, по плоскостям и направлениям, где величина касательных напряжений максимальна.

Плоскости и направления с наиболее плотной упаковкой атомов являются плоскостями и направлениями легкого скольжения. Для металлов с решеткой г. ц. к. направлением скольжения служит направление (110) (3 направления) и плоскостью скольжения — плоскость (111) (4 плоскости), т. е. имеется 12 систем скольжения. Для решетки о. ц. к. так же, как и для г. ц.

к., имеется много систем скольжения, поэтому металлы с такими решетками более пластичны по сравнению с металлами, имеющими г. п. у. решетки, у которых скольжение идет по плоскостям базиса. Если направление приложения наибольших касательных напряжений не совпадает с направлением легкого скольжения, то деформация будет протекать в направлении, близкому к направлению приложения максимальных касательных напряжений.

Поскольку в поликристаллическом теле множесгво зерен по разному ориентированных в пространстве, то пластическая деформация развивается неоднородно по объему. Линии скольжения в металле представляют собой группу отдельных линий, расположенных на близком расстоянии друг от друга, и называются полосами скольжения. Количество линий скольжения в группе и расстояние между отдельными группами зависят от прочности материала, скорости, степени и температуры деформации.

При прохождении сдвигов внутри зерен совершается поворот части зерен в направлении действующих нагрузок, изменяющий форму зерна. Если до деформации зерно имеет округлую форму, то после значительной деформации в результате смещения по плоскостям скольжения и поворота ' плоскостей зерно приобретает вытянутую форму. Ранее смещение вдоль плоскости скольжения рассматривалось как одновременный сдвиг всех атомов, расположенных в этой пло- о о о г о о о скости. То есть при перемещении одной части кристалла по отношению к другой на одно межатомное расстояние все атомы, расположенные друг против друга вдоль плоскости скольжения, одновременно меняются местами.

Можно рассчитать напряжепряженин от перемещения атомов при ЛЕНИя жЕСтКОГО Сдинта ВСЕХ атО- мов по плоскости скольжения. На рис. 46 изображены две атомные плоскости (предположим, что металл имеет простую кубическую решетку с параметром а) Верхняя атомная плоскость при сдвиге будет перемещаться относительно нижней плоскости. При переходе атома из положения 1 в положение 2 силы, воздействующие на атом, будут меняться, достигая нулевого значения в положении а/2, поскольку в этом положении силы взаимодействия на рассматриваемый атом со стороны других атомов уравновешены.

При переходе через положение равновесия силы взаимодействия меняют свой знак. Напряжение сдвига, необходимое для перемещения атома из положения 1 в положение 2, изменяется синусоидально по оси Х (направление перемещения). Для одновременного жесткого сдвига всех атомов требуется критическое касательное напряжение, равное 0,16 йг ((у — модуль сдвига). Эту величину называют теоретической прочностью.

Таким образом, сдвиг должен осуществиться, если его напряжение будет иметь величину примерно 0,16 6. В реальных условиях сдвиг происходит при напряжениях в сотни и тысячи раз меньших, чем вычисленные. Несоответствие расчетных и действительных сил при сдвиге вызвано наличием в металлах дефектов кристаллического строения — дислокаций. Таким образом, через кристалл движется волна смещения, и атомы последовательно смещаются в направлении скольжения. В итоге возникает деформация, равная той, которая появлялась бы в результате движения целой атомной плоскости. Процесс смещения происходит при значительно меньших значениях напряжений потому, что в данный момент сила, необходимая для распространения волны смещения, вызывает движение только малой части атомов, расположенных в плоскости, вдоль которой происходит скольжение.

упрочяеняе прн плйстнческоа деформйпян Сдвиговый процесс пластической деформации связан с перемещением дислокаций по определенным системам скольжения. Однако дислокации, движущиеся по одной из систем скольжения, должны ч ф Ф ~ф 7777ЛЯЛ((ЯаГйу гЕР~РИЮЦиН Рис. (7. Завмснмость касательного напряжения при пластической деформации металлов с гранецентрнраванной кубической решеткой. характеризующая их стадии упрочнения: ! стадия — облегченное (нл» единичное) скольжение; и стади» вЂ” вторичное (нли множественное) сколыкеяие; П! ста.

дня — поперечное скольжение по вторнчнмм плоскостям выйти из кристаллов или остановиться (заклиниться). Процесс пластической Дг деформации г. ц. к.монокристалла имеет три стадии деформации (рис. 47). Первая стадия соответствует легкому скольжению по одной из возможных систем скольжения, причем большое число дислокаций выходит из кристалла. На второй стадии наблюдается значительное деформационное упрочнеиие, связанное с вовлечением различных систем скольжения в процесс пластической деформации.

Происходит пересечение путей движения дислокаций и увеличение взаимодействия дислокаций, движущихся по разным плоскостям и направлениям. Сопротивление движению дислокаций в результате возрастает. На третьей стадии, при больших уровнях напряжения, темп упрочнения уменьшается из-за возможности прохождения поперечного скольжения дислокаций. Упрочнение, т.

е. увеличение сопротивляемости сдвигу, вызывается накоплением дислокаций и затруднением их движению по кристаллу. Дислокации, будучи областями с искаженной кристаллической решеткой, взаимодействуют друг с другом и с другими дефектами кристаллической решетки, стремясь занять положение, соответствующее наименьшей энергии искажения решетки. Подобное взаимодействие будет и для дислокаций различных видов при их движении в параллельных и в пересекающихся плоскостях.

Перемещение дислокаций по кристаллу под действием приложенного напряжения вызывает появление новых дислокаций, за счет которых возможна дальнейшая пластическая деформация. Для накопления дислокаций в металле необходимо, чтобы они затормаживались у препятствий и образовывали группировки. Нагромождение дислокаций у препятствий вызывает их упругое отталкивание, и они распределяются так, что плотность их убывает в направлении от препятствия к источнику. Каждому значению приложенного напряжения соответствует такое количество дислокаций, которое благодаря упругой энергии взаимодействия атомов уравновешивает действие внешнего напряжения.

В этом случае источник перестает генерировать новые дислокации, и деформация прекращается. При большом уровне напряжения дислокации могут прорваться через препятствия. Деформация поликристаллического тела отличается от деформации монокристалла наличием связи между различно ориентированными зернами. При достаточно низких температурах граница зерна по своей прочности сравнима с прочностью тела зерна (или даже превосходит ее). При приложении напряжения, ввиду раз- )Ф 1 иой ориентировки кристаллической решетки относительно действующей силы, пластическая деформация протекает неоднородно в разных зернах и даже внутри одного зерна. В первую очередь пластическая деформация происходит в плоскостях, где величина касательных напряжений наибольшая.

Затем в пластическую деформацию вовлекутся системы скольжения с менее благоприятным расположением относительно действующих сил. Из-за связи между зернами может происходить переориентировка в расположении зерен относительно друг друга. При слабой деформации зерна сохраняют свои очертания, и в некоторых из них появляются линии скольжения. При увеличении деформации зерна вытягиваются и появляются многочисленные линии сдвига. При деформации структура зерен приобретает предпочтительную кристаллографическую ориентировку.

Такая ориентировка называется текстурой деформации. Текстура, таким образом, связана с удлинением зерна и с тем, что плоскости и направления скольжения поворачиваются в пространстве так, что угол между ними и действующей силой уменьшается Граница зерна или блока оказывает сопротивление движению дислокаций и не пропускает их из одного зерна в другое.

Однако при нагромождении дислокаций с одной стороны границы они могут проникнуть в границу в виде дислокаций, дислоцированных атомов и т. п. При атом возможно зарождение дислокации в соседнем зерне, но для этого необходим высокий уровень прикладываемых напряжений. Таким образом, наличие поверхностей раздела упрочняет металл, т. е. для получения одной и той же пластической деформации для поликристаллического тела нужно приложить большее напряжение, чем для монокристаллического. Иначе говоря, чем больше протяженность поверхностей раздела в данном объеме металла и чем мельче его зерна (или блоки), тем большим должен быть уровень напряжений, чтобы обеспечить непрерывность пластической деформации.

Характеристики

Список файлов книги