Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
tr~ 4(0^Ho-P)Q' (13-32)
где Ir — время до разрушения, DB — коэффициент диффузии по границам зерен, SB — ширина границы, а — приложенное напряжение, P — наложенное гидростатическое давление, Q — атомный объем, а — линейный размер поры.
В идеальном случае, если размер зародышей пор и их распределение постоянны, то время до разрушения определяется разностью (о* — Р). Строго говоря, это не так, но если (а — P) 0, то в образце невозможно обнаружить поры, а время до разрушения tr очень велико.
Альтернативная точка зрения предполагает, что поры, подобно У-образ-ным трещинам, возникают в результате скольжения по границам зерен. Были предложены механизмы образования пор на границах зерен на ступеньках дислокационных линий, которые могут легко появляться в результате скольжения внутри зерен или уже присутствовать на границах зерен до начала ползучести. Одна из таких моделей показана на фиг. 13.24: сту-
Ползучесть чистых металлов и сплавов
327
пенька на границе появилась в результате сдвига в соседнем зерне, вызванного плоским скоплением дислокаций. Последующее скольжение раскрывает затем полость у ступеньки. В настоящее время имеются экспериментальные свидетельства существования на границах зерен таких уступов, высота которых колеблется в пределах от 50 до 400 А; последнее значение найдено при исследовании ползучести железа при 550° С [511- Уступы можно наблюдать с помощью электронного микроскопа и до начала ползучести [18]. Недавние исследования с помощью ионного проектора [73] ясно показали существование уступов в областях у границ зерен, имеющих нерегулярное строение и находящихся между областями с регулярным расположением атомов.
Мак-Лин [51] указал, что пора, по-видимому, не исчезает, если ее диаметр больше, чем несколько атомных диаметров. Если поверхностное натяжение способствует образованию сферических пор, приводящих впоследствии к формированию устойчивых трещин, то должно удовлетворяться следующее условие;
г>%, (13.33)
где г — радиус поры, а — растягивающее напряжение на уступе, у — поверхностная энергия.
С увеличением напряжения размер устойчивой поры уменьшается, так что металлы и сплавы, которые могут выдерживать высокие напряжения, должны иметь более мелкие устойчивые поры. Если принять у — 1000 эрг/см2, то пора диаметра 1 мкм будет устойчивой при напряжении 2 *107 дин/см2 (0,21 кгс/мм2). Это значение соответствует тем напряжениям, при которых действительно наблюдаются мелкие поры (диаметра ~1 мкм).
Весьма вероятно, что поры растут одновременно как за счет слияния вакансий, так и в результате возникновения и роста полостей при скольжении по границам зерен. Эксперименты показали, что количество возникающих пор чувствительно не только к величине напряжения и определяемой им величине скольжения по границам зерен, но также и к условиям, способствующим существенному изменению концентрации вакансий. Например, при нагревании ct-латуни в вакууме, приводящем к частичному улетучиванию цинка, существенно увеличивается концентрация вакансий, а вместе с ней и тенденция к образованию пор при последующих испытаниях на ползучесть.
Другой причиной образования пустот по границам зерен, которая, без ¦сомнения, оказывает существенное влияние на пластичность при ползучести, является присутствие на границе частиц второй фазы. Для чистого алюминия при ползучести характерно образование значительной шейки, однако добавка небольшого количества железа (<0,1%), приводящая к образованию частиц FeAl3 по границам зерен, приводит к межзеренному разрушению без появления локализованной шейки. Хорошо известно также, что пластичность при ползучести аустенитной стали заметно снижается при наличии частиц Cr23C6 или NbC на границах зерен [3]. Есть некоторые основания предполагать, что эти частицы, располагаясь по границам зерен, являются местом зарождения трещин в момент, когда по межфазной границе матрица — выделение возникает нарушение сплошности в результате скольжения по границе зерен. Следовательно, можно ожидать, что частицы, «смачиваемые» материалом матрицы, будут в меньшей степени снижать пластичность последней, чем «несмачиваемые» частицы. Поскольку частицы второй фазы присутствуют даже в относительно чистых металлах, весьма вероятно, что они являются действительной причиной межзеренного разрушения при повышенных температурах, так же как они являются причиной вязкого разрушения при низких температурах (гл. 15).
328
Глава 13
§ 9. Ползучесть сплавов
В предыдущих параграфах описаны основные явления, связанные с ползучестью чистых металлов. Весьма важно теперь рассмотреть, как влияет на эти явления легирование, и изучить некоторые другие явления, характерные для сплавов. Чистые металлы в общем являются весьма неподходящими материалами для работы при высоких температурах, когда важную роль играет устойчивость против ползучести; в этом случае упрочнения достигают как легированием элементами, образующими с основой твердые растворы, так и формированием высокодисперсных выделений из твердых растворов. Кроме того, на сопротивление ползучести можно повлиять, используя превращение типа порядок — беспорядок.
