Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
-400
Ф и г. 14.5. Отдельная петля гистерезиса монокристалла алюминия, иллюстрирующая эффект Баушшг-гера [4].
ж«Гщ
70 Г
26B%32B,35Bt31B
О S 10 IS xjo3
Число циклов
Фиг. 14.6. Усталостное упрочнение монокристаллов алюминия различной ориентировки, оцененное по изменению ширины петли гистерезиса в зависимости от числа циклов [15]. Испытание при комнатной температуре; напряжение сдвига ±700 гс/мм2.
Фиг. 14.7. Температурная зависимость усталостного упрочнения монокристаллов алюминия при температурах 20° С и —78° С, выраженная в форме зависимости ширины петли
гистерезиса от напряжения [15].
Усталость
347
до разрушения образца при 77 К значительно больше, чем при комнатной температуре; более того, динамическое деформационное упрочнение, определенное путем измерения петли гистерезиса в процессе повышения напряжения до максимального значения, при этой температуре проявляется значительно ярче (фиг. 14.7). При комнатной температуре монокристалл чистого алюминия разрушается после приблизительно 500 ООО циклов при напряжении 600 гс/мм2, тогда как при 77 К тот же кристалл может выдержать значительно большее количество циклов при напряжении 1500 гс/мм2.
Ф и г. 14.8. Борозды скольжения в монокристалле нлиімііііля, подвергнутом 1,9105 циклам нагружепня при комнатной температуре (напряжение сдипга ±1000 гс/мм2),
V 800.
Металлографические исследования позволяют объяснить роль температуры при усталостных испытаниях. При комнатной температуре уже на ранней стадии испытаний появляются грубые полосы скольжения, или борозд-чатость (фиг. 14.8). Видимые на фигуре полосы напоминают картину скольжения на третьей стадии упрочнения при испытаниях на растяжение, особенно когда последние проводятся при повышенных температурах, при которых полосы скольжения очень широки и содержат много отдельных линий скольжения. Хорошо известно, что полосы скольжения, характерные для третьей стадии, образуются в результате повторяющихся актов поперечного скольжения дислокаций, являющихся термически активируемыми процессами. Наблюдения показали, что усталостные трещины образуются на бороздках; таким образом, имеется прямая связь между возникновением усталостных трещин и степенью легкости поперечного скольжения. При 77 К у монокристаллов алюминия, подвергнутых усталостным испытаниям, бороздчатость не наблюдается даже при напряжениях до 4=1300 гс/мм2. При весьма больших напряжениях (>3000 гс/мм2) часто наблюдается легкое скольжение в более чем одной плоскости, однако бороздчатость все же отсутствует. При этих условиях разрушение наступает, но оно совсем не похоже на типичное усталостное разрушение при комнатной температуре.
348
Глава 14
§ 3. Основные эксперименты е нолпкристалличеекпми
материалами
Многие эксперименты с поликристаллическими материалами показывают, что влияния переменного и постоянного напряжений на механическое поведение материалов коренным образом различаются. Мы уже видели, как с помощью петель гистерезиса можно измерить энергию, рассеиваемую в образце в процессе испытания. Хэй [18] разработал другой метод, основанный на измерении скорости накопления тепла в образце в процессе его испытания; основываясь на этом методе, он разделил весь период до разрушения образца на три стадии.
О 0,5 W 1,5 2,0 2,5 ЗгО
Деаюрлгация, %
Ф и г. 14.9. Усталостное упрочнение поликристаллической меди, представленное в виде семейства кривых напряжение — деформация после различного числа циклон пагруже-
ния (20].
1. Первая стадия — начальное упрочнение, которое появляется лишь в том случае, когда напряжение, наложенное на образец, превышает его предел текучести. Эта стадия сопровождается первичным выделением тепла, которое обычно длится лишь первые несколько тысяч циклов. Упрочнение весьма сильно зависит от конкретных условий эксперимента; величина его может быть либо меньше, чем при деформации в одном направлении, либо существенно больше. Например, Брум и др. [19] нашли, что поликристаллический алюминий, нагружаемый постепенно повышающимся до максимального зпачения циклическим напряжением при 90 К, упрочняется при напряжениях, меньших предела прочности на растяжение при этой температуре, однако при комнатной температуре упрочнение значительно слабее (см. результаты для монокристаллов алюминия). Было проведено также исследование упрочнения поликристаллической меди путем прерывания усталостных испытаний и проведения статических испытаний на растяжение [20]. В пределах 100 циклов =р7,84 кгс/мм2 статическое напряжение изменялось от 2,24 до 7,28 кгс/мм2, а после 106 циклов достигало 14 кгс/мм2 (фиг. 14.9).
2. Вторая стадия испытания на усталость характеризуется постепенным возрастанием тепловыделения. Альтернативный путь представления подобных результатов — нанесение их на график зависимости отношения рассеянной энергии за цикл Ес к полной энергии колебаний Ev от числа циклов. Это отношение быстро уменьшается на первой стадии и медленно увеличивается на второй стадии. Между величиной d (EJE0)IdN и количеством циклов до разрушения существует линейная зависимость: чем больше начальный наклон кривой, тем раньше разрушается образец. Однако следует заметить, что энергия рассеивается по всему объему образца, а усталостное разрушение представляет собой локальный процесс распространения тре-
