Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Al2O3 5,35 0,16 SiO2(на воздухе) 0,74 0,11
Fc 1,97 0,13 Асбест 1,90 0,06
SiC 7,03 0,22 Натриевое стекло 0,69 0,035
Прочность нитевидпых кристаллов сильно зависит от их размеров, поэтому чтобы получить значительное повышение прочности по сравнению с обычным материалом, нужно брать нитевидные кристаллы диаметром .менее 10 мкм. Фиг. 9.26 иллюстрирует эту зависимость на примере нитевидных
/ZOO 900
6 8/0 d, лік/vi
Фиг. 9.26. Прочность нитевидных кристаллов железа в зависимости от их диаметра [71].
кристаллов железа. Изменение прочности в зависимости от размеров связано с количеством дислокаций, присутствующих в нитевидных кристаллах, которое в случае малых диаметров образцов становится пренебрежимо малым. В некоторых случаях, например в цинке, отсутствие дислокаций было установлено с помощью просвечивающей электронной микроскопии [58], а в железе — методом ямок травления 159].
Рентгенографическим методом [63] по дифракционному контрасту обнаружены осевые винтовые дислокации в нитевидных кристаллах некоторых материалов, например Al2O3 и NaCl, в особенности в мелких нитевидных кристаллах. В более крупных образцах наблюдалась более сложная дислокационная структура, тогда как в других случаях дислокаций вообще не было обнаружено.
224
Глава 9
Следовательно, хотя механизм роста кристалла на винтовой дислокации в некоторых случаях вполне возможен, однако другие механизмы также могут вызывать рост нитевидных кристаллов.
3. Упрочнение волокнами
Вольфрамовая проволока (Я)
Объемная доля волокон.
46,5
Упрочнение волокнами имеет место, когда тонкие волокна ориентированы определенным образом в пластичной матрице [60]. В идеальном случае нитевидные кристаллы благодаря их прочности лучше всего подходят для применения в подобных целях; однако малые размеры затрудняют их использование, поэтому упрочняют часто тонкой тянутой поликристаллической проволокой, прочность которой много ниже прочности нитевидных кристаллов. Тем не менее прочность на растяжение в пределах (0,2—0,35) X
X 103 кгс/мм2 для подобных материалов не является редкостью. Был проведен ряд исследований на меди [01, 62] и серебре, упрочненных тонкими нитями вольфрама, а также на алюминии, упрочненном нитями нержавеющей стали. Эти исследования дают основную информацию о механических свойствах подобных материалов. На кривых напряжение — деформация имеются следующие четыре стадии [60]:
1. Упругая деформация волокон и матрицы продолжается вплоть до нормального предела упругости матрицы.
2. Матрица начинает деформироваться пластически, тогда как деформация волокон остается еще упругой.
3. Пластическая деформация матрицы и волокон.
4. Разрушение волокон, за которым следует полное разрушение образца.
Из всех четырех стадий вторая стадия имеет наибольшее значение и занимает большой участок на кривых напряжение — деформация (фиг. 9.27). На первой стадии деформация полностью упругая, и модуль Юнга для материала E0 определяется выражением
E0 = EfVf + EnV7n, (9.17)
где индексы / и т обозначают волокна и матрицу соответственно, V — объемная доля.
Однако на второй стадии Ет заменяется наклоном кривой напряжение — деформации для матрицы при деформации е, т. е.
E0=EfV,+(¦^) Vm. (9.18)
Поскольку это область пластической деформации, наклон кривой намного меньше, чем E1n (приближенно Ет1\Щ\ таким образом, второй член достаточно мал, поэтому можно принять
11,9
0,4 0,8 1.2 1,6 Z? Деформация (удлинение), '4
2,4
Ф и г. 9.27. Кривые напряжение — деформация композитного материала — меди, армированной вольфрамовой проволокой [62].
E1Vp
(9.19)
Деформация поликрнетехнических агрегатов
225
Предел прочности на растяжение материала ос определяется выражением
(Jc = (JfVf + <т« (1 - Vf), (9.20)
где Of — предел прочности па растяжение волокон, а'т — напряжение, действующее на матрицу, когда волокна достигли предельной деформации при растяжении.
Таким образом, предел прочности на растяжение материала прямо пропорционален объемной доле волокон; эта зависимость подтверждается резуль-
татами экспериментов на меди, упрочненной волокнами вольфрама (фиг. 9.28).
Польза от присутствия волокон достигается лишь в том случае, если прочность материала больше, че.м предел прочности матрицы на растяжение ац, т. е.
о"с = (JfVf + о'т (1 — Vf) > о-ц, откуда можно получить критическое значение объемной доли волокоп FKP, которое является минимальным: а,,—о'
252
1Ф
Qf
(9.21)
Типичные значепия FIcp приведены в табл. 9.4. из которой видно, что для более прочной матрицы, такой, как никель и нержавеющая сталь, критическое значение объемной доли волокон находится в пределах от 8,4 до 53,4 в зависимости от достижимых значении прочности волокон (0,7—3,5) • 102 кгс/мм2.
До сих пор мы принимали, что волокна непрерывны от одного конца образца до другого; однако на практике это ие всегда возможно. Поэтому нужно учитывать влияние длины волокон. В общем случае, если длина волокон превышает некоторое критическое значение /с, свойства
О 20 40 бО во 100
