Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Мы рассмотрим теперь влияние некоторых важных факторов на эти два вида разрушения.
1. Влияние температуры
Поскольку с повышением температуры скольжение по границам зерен увеличивается по крайней мере до того момента, когда начинается миграция границ зерен, следует ожидать, что и тенденция к возникновению межзерен-
Ф п г. 13.22. Поры по границам зерен в сплаве Al — 5% Mg после деформации при 250° С, X 100 (Грант и Маллендор, см. [41]).
IO 20 ЗО ЦО 50 60 70 Полное скольжение по граница/и зерен, мкм
Фиг. 13.23. Ползучесть бикристаллов меди при напряжении 0,21 кгс/мм2 в интервале
температур 650—900° С [43].
Влияние скольжения по границам зерен на относительную площадь поверхности разрушения (кривая а) и число пор на единицу длины (кривая в).
Ползучесть чистых металлов и сплавов
325
ных трещин при этом также будет увеличиваться. Более того, при высоких температурах происходит переход от F-образных трещин к О-образным. С повышением температуры увеличивается и число пор на единицу длины границы; было показано, что оно связано со степенью развития скольжения по границам зерен (фиг. 13.23) [43]. В некоторых экспериментах было обнаружено, что плотность распределения пор, располагающихся по границам зерен, при очень высоких температурах уменьшается; это является результатом миграции границ зерен, которые, таким образом, уходят от пор, образовавшихся на них ранее. Кинетика роста пор была изучена на серебре [44]; в данном случае средний радиус пор г линейно возрастает со временем при данной температуре Т:
Скорость роста пор dr/dt = a (T) увеличивается с повышением температуры.
Часто бывает трудно разграничить влияния напряжения и температуры, но в общем случае при постоянной температуре уменьшение напряжения в большей степени способствует образованию пор, чем F-образных трещин. Чем больше напряжение при одной и той же температуре, тем меньше времени требуется для межзеренного разрушения — это общее правило поведения металлов при ползучести. Поскольку большие напряжения способствуют У-образному разрушению, из этого прямо следует, что такой тип трещины увеличивается в размерах быстрее, чем разрушение, происходящее путем слияния пор.
Вид напряжения сильно влияет на образование пор и на области, где они возникают. Эксперименты с бикристаллами показывают, что напряжения, нормальные к поверхности границы, не обусловливают образование пор [45], так как в этом случае граница не подвергается напряжению сдвига, и, таким образом, скольжение по границе не возникает. С другой стороны, если по границе зерен происходит скольжение, то наложенное растягивающее напряжение часто способствует образованию пор [46].
Образование пор при испытании на ползучесть растяжением происходит главным образом по границам, расположенным под углами от 60 до 90° к оси растяжения [47], однако в ряде случаев они формируются на границах, расположенных под меньшими углами, а иногда и параллельных оси растяжения. Сжимающие напряжения в общем случае способствуют снижению количества образующихся трещин, однако полностью их возникновение не устраняют. В условиях гидростатического сжатия, налагаемого на растягиваемый образец, образование пор очень сильно затрудняется.
3. Механизмы межзеренного разрушения при ползучести
Образование F-образных межзеренных трещин впервые объяснил Зинер [48]. Для этого была принята модель, согласно которой скольжение по границам зерен блокируется в тройной точке, где возникает высокая концентрация напряжений. Наложение растягивающего напряжения приводит к раскрытию клинообразной трещины. Максимальное растягивающее напряжение в тройной точке
r = a(T)t + r0.
(13.30)
2. Влияние напряжения
т при L ^> г,
(13.31)
где т — напряжение сдвига, действующее вдоль границы, L — длина границы, г — радиус кривизны границы в вершине тройного угла.
326
Глава 13
Если граница зерен прочно закреплена при высоких температурах частицами примесей, то при достаточно большом напряжении будет образовываться F-образная трещина. Если же, наоборот, граница может мигрировать, то имеет место некоторое уменьшение напряжений в зоне тройной точки 149], и тенденция к возникновению трещин понижается.
Первая теория роста пор [42] была основана на предположении, что поры образуются в результате слияния вакансий; затем они постепенно растут и в конце концов, объединяясь, приводят к образованию трещин.
Фиг. 13.24. Механизм образования пор (Гифкинс [78]).
Однако теоретические исследования показали, что для формирования устойчивой поры требуется очень высокая концентрация вакансий. Другое противоречие заключается в том, что, согласно модели Набарро — Херринга, миграция вакансий должна происходить в направлении от поперечных границ, на которых пустоты образуются легче всего.
Анализ роста пор в меди путем измерения изменений плотности показал, что этот процесс очень чувствителен к степени деформации ползучести, а также зависит от напряжения [40]. Была найдена энергия активации роста, которая оказалась равной 29 ООО кал/моль; это значение очень близко к энергии активации диффузии на границах зерен меди. Ранее было выдвинуто предположение [50], что источником вакансий являются границы зерен, а не диффузия внутри зерен; на этой основе была предложена модель роста пор, которая была проверена экспериментально путем испытания медных образцов на растяжение с наложением гидростатического давления. Для этой модели
