Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
E'=b4*NWkT* (13'20)
где С — постоянная, равная приблизительно 0,25, D — коэффициент самодиффузии, т—приложенное напряжение, N — плотность переползающих дислокаций, G — модуль сдвига.
31S
Глава 13
Еще одно выражение, применимое как для малых, так и для больших напряжений, имеет следующий вид:
SU 1
2.5*1,5 -
(13.21)
где С « 1.
Из выражения (13.20) следует, что скорость деформации при установившейся ползучести должна быть пропорциональна напряжению в степени 4,5,
К
Источник
T T
T T
Источник X
Zдислокаций
Ф и г. 13.10. Модель второй стадии ползучести Виртмана.
что очень близко к результатам экспериментов, проводимых в условиях, когда процесс ползучести контролируется диффузией. Выражение (13.21)
ю"
10ю
/о9
10°
ю7
/о6
10s
ю*
/о3
/о2
і о'
10°
ю-1
,rt-Fe Sn Wi/ f PtW Cu /Nb
(J I/®* / f
Wj/Mgla) /
Znі
/ I? / If Cd I I t
/f>~TlJjp*-Ti I I
//
/ у' у I ' /Аи(Ь)
GuIb)
10~
10'
ю-*
d/E
Ф її r. 13.17. Зависимость г/D от o/E для различных металлов [8с
показывает, что изменения, возникающие при пониженных напряжениях, зависят от модуля сдвига исследуемого материала G. Напряжение, соответствующее этому переходу, должно возрастать с увеличением G.
Ползучесть чистых металлов и сплавов
319
Хорошее подтверждение этой теории может быть получено, если результаты испытаний на ползучесть ряда различных металлов нанести на график
в виде зависимости f/D от log о/Е, где E — модуль Юнга (фиг. 13.17); данные, приведенные на фиг. 13.17, хорошо согласуются с зависимостью общего вида (13.20).
4. Другие возможные дислокационные механизмы ползучести при высоких температурах
До сих пор рассматривался лишь один дислокационный механизм ползучести, помимо дислокационного скольжения,— механизм переползания дислокаций. Однако возможны и другие процессы, которые следует кратко рассмотреть. Во-первых, на дислокационных линиях могут образовываться ступеньки вследствие взаимного пересечения движущихся дислокаций или при прохождении дислокации через лес. Для винтовых дислокаций движение ступенек неконсервативное; оно сопровождается образованием вакансий. Эти вакансии стремятся сдерживать движение дислокаций со ступеньками, пока у них не появляется возможность исчезнуть [29]; таким образом, процессом, контролирующим скорость ползучести, опять является скорость диффузии вакансий, и энергия активации ползучести будет равна энергии а ктивации самодиффузии.
Диффузия вдоль дислокаций (диффузия по дислокационным трубкам) происходит с большей скоростью, чем диффузия в основной массе; поэтому есть основания предполагать, что вакансии будут быстро двигаться вдоль дислокаций. Тогда оказывается возможным переползание некоторых ступенек, образовавшихся при пересечениях, путем «питания» их вакансиями. Было предположено [30], что металлы с низкой энергией дефекта упаковки, такие, как серебро и медь, которые в нормальных условиях в отсутствие напряжений не полигонизируются, будут полигонизироваться в результате действия этого механизма, если приложить напряжение при высокой температуре. Это приведет прежде всего к образованию ступенек, а затеи к их переползанию, если вдоль линии дислокации будут двигаться вакансии.
5. Ползучесть при средних температурах
Отмечалось, что энергия активации ползучести алюминия изменяется в интервале температур от 400 до 500 К. Аналогичное изменение энергии активации цинка показано на фиг. 13.18 [31]. При температурах от 0,95 до 0,85 Тм энергия активации ползучести равна 38 000 кал/моль, далее она понижается вплоть до температуры 0,6 Тм и затем снова становится постоянной и равной 21 000 кал/моль при температуре 0,5 Тм. Аналогичное поведение было обнаружено для ряда других металлов, в том числе алюминия [32], сс-таллия [33], меди [21] и стали [34]; во всех перечисленных случаях энергия активации уменьшается при понижении температуры ниже определенного предела.
Наиболее вероятным при этих промежуточных температурах является механизм поперечного скольжения. Одним из важных свойств винтовых дислокаций, о котором уже говорилось выше, является их способность перемещаться из одной системы скольжения в другую при условии, что-направление сдвига является общим для обеих систем скольжения. Этот процесс, называемый поперечным скольжением, не требует для своего протекания наличия диффузии. Тем не менее он термически активируем, так как для перемещения петли дислокации из одной плоскости скольжения в Другую, менее удобно ориентированную, требуется затратить некоторую энергию. Таким образом, поперечное скольжение является разновидностью
320
Глава 13
процессов возврата, а именно динамическим процессом возврата, протекающим при деформации; этот механизм является доминирующим на третьей стадии деформационного упрочнения у монокристаллов с гранецентрированной кубической решеткой (гл. 4). Характерно, что для алюминия эта область соответствует интервалу температур 273—400 К (0,2—0,3TV), где для монокристаллов алюминия основную роль играет третья стадия деформационного упрочнения.
