Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Продолжительная первая стадия упрочнения в процессе усталостных испытаний монокристаллов с мягкой ориентировкой объясняется тем, что в этом случае не происходит заметного изменения ориентировки, так что кристалл не достигает ориентировки, более благоприятной для возникновения спорадического вторичного скольжения, порождающего вторую стадию упрочнения при испытаниях на растяжение. Дальнейшие исследования монокристаллов меди 112], подвергнутых воздействию большого числа циклов нагружения, подтвердили наличие усталостного упрочнения. Образцы, подвергнутые усталостным испытаниям при 78 К, дополнительно упрочняются при нагреве до комнатной температуры, что обусловлено движением
344
Глава 14
точечных дефектов, которое приводит к образованию ступенек на дислокациях.
Деформационное упрочнение в процессе усталостных испытаний исследовали также методом динамических измерений напряжения и деформации [13, 14]; при этом было показано, что каждый цикл характеризуется петлей
Сдвиговая дедюрліация Сдвиговая деформация Число циклов
а О
Фиг. 14.3. Усталостное упрочнение монокристаллов меди [11].
а ¦— зависимость приведенного напряжения сдвига от полной сдвиговой деформации (верхняя'і шкала) и числа циклов (нижняя шкала); б — кривые напряжение сдвига — сдвиговая деформация при испытаниях на растяжение.
гистерезиса (фиг. 14.4). При испытании монокристаллов алюминия с очень низкой частотой было обнаружено, что ширина петли W уменьшается
Ф и г. 14.4. Петли гистерезиса, полученные при циклических нагружениях монокристалла алюминия после 8, 16 и 1280 циклов [13].
с увеличением количества циклов N (при условии постоянства амплитуды напряжений), согласно следующей зависимости:
W = AN~q, (14.3)
где А — постоянная, q — мера скорости деформационного упрочнения. Было показано, что для кристаллов, деформирующихся в одной систегие скольжения, величина д меньше, чем для кристаллов, ориентировка которых способствует двойному или множественному скольжению.
Усталость
345
Если посмотреть внимательнее на типичную для усталостных испытаний петлю гистерезиса (фиг. 14.5), то можно заметить, что она несимметрична. Если кристалл подвергнуть сначала сжатию (AB), то кривая вскоре отойдет от прямой линии, что свидетельствует о заметной пластической деформации в точке В. При разгрузке петля приходит в точку С по прямолинейному участку, соответствующему снятию упругой деформации. Однако при наложении растягивающего напряжения пластическая деформация возникает очень быстро, сразу же после перехода напряжения через нуль (кривая CD). Это явление, характерное как для монокристаллов, так и для поликристаллических материалов, известно под названием эффекта Баушингера (по имени открывшего его ученого). Для случая монокристаллов была сделана попытка объяснить этот эффект с помощью действия источников Франка — Рида в пределах, соответствующих первой ветви петли цикла: дислокации блокируются на своих местах в результате поперечного скольжения, так что при разгрузке они не могут двигаться до тех пор, пока не будет приложено напряжение обратного знака. Однако детальная дислокационная теория этого эффекта еще не разработана.
Широкая петля гистерезиса характерна для ранней стадии усталостного испытания монокристалла. Ширина петли W быстро уменьшается в пределах первых нескольких процентов периода испытания, достигая установившегося небольшого зпа-чения, соответствующего почти целиком упругой деформации; однако микроскопические исследования показывают, что при этом все же имеет место двюкение дислокаций. На фиг. 14.6 показаны некоторые результаты испытаний монокристаллов алюминия твердой и мягкой ориентировок
с частотой 800 циклов в 1 мин [15] под действием сдвигающего напряжения ±700 гс/мм2. В большинстве случаев ширина петли достигает установившегося значения за время менее 5% от общей длительности испытаний.
Как показывают исследования монокристаллов с гексагональной решеткой, например при усталостных испытаниях монокристаллов кадмия, разрушение зарождается на границах деформационных двойников с матрицей [16]. Однако более тщательное исследование поведения благоприятно ориентированных для скольжения монокристаллов цинка при 77 К [17| показало, что усталостное разрушение не происходит при напряжениях, меньших предела прочности на разрыв при этой температуре. Это полностью противоположно поведению поликристаллического цинка, а также монокристаллов, в которых возможно появление двойников. Представляется очевидным, что в условиях простого базисного скольжения (при отсутствии внебазисного скольжения или двойникования) зародыши усталостных трещин не образуются; отсюда следует, что для зарождения трещины, по-видимому, необходимо поперечное скольжение или по крайней мере скольжение во взаимно пересекающихся системах.
Усталостные испытания монокристаллов алюминия [15] в иптервале температур 77—273 К показали, что при одном и том же напряжении время
Напряжение. 400 в f
ZOO і / I Jf Деформация А г I
~ЮЧ Cf ЇЯ IQ-4 -200
