Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Усталость
349
щины, который быстро прогрессирует в течение второй стадии. Поэтому наличие прямой связи между этими двумя величинами маловероятно. Эта точка зрения подтверждается опытами, в которых испытания прерывались на второй стадии и образец отжигался. Если температура выбрана достаточно высокой, то образец после возобновления усталостных испытаний снова обнаруживает такое же большое рассеяние энергии, как и в начале испытания; однако на стойкость образца до разрушения отжиг не оказывает практически никакого влияния, так как он не может удалить развивающиеся трещины.
3. Третья стадия, в течение которой имеет место окончательное распространение трещины, развивается быстро и сопровождается увеличением рассеяния энергии. Эта стадия имеет многие характеристики, сходные с вязким разрушением.
§ 4. Структурные изменения в процессе усталости
На ранних стадиях усталостного испытания сетка полос скольжения очень похожа на ту, которая возникает в результате статического испытания. Томпсон и др. [13], используя технику электролитического полирования для удаления обычных следов скольжения с поверхности поликристаллических образцов меди на различных стадиях испытания на усталость, показали, что после примерно 5°о полной продолжительности испытания до разрушения образца появляется несколько полос, которые не удается удалить описанным способом. Они назвали их «устойчивыми полосами скольжения».
Контролируемое последовательное удаление слоев с поверхности образцов показало, что на ранних стадиях устойчивые полосы скольжения имеют глубину не более 10 мкм и достигают глубины 30 мкм по прошествии 25% полной продолжительности испытания до разрушения образца. Как показали наблюдения, трещины в конце концов появляются в устойчивых полосах скольжения, которые, таким образом, можно рассматривать как зародыши трещин; отсюда ясно, что распространение трещин имеет место в течение почти всего периода испытания на усталость. Полное удаление полос приводило к заметному увеличению стойкости образцов против усталости, а металлографические исследования внутренних слоев образцов показали отсутствие вновь образовавшихся трещин. Таким образом, ясно, что зарождение усталостных трещин является процессом, протекающим на поверхности. Аналогичные результаты были получены при исследовании алюминия |21|. Практически любая физическая или химическая обработка, в результате которой тормозится процесс зарождения усталостных трещин или удаляются поверхностные зародыши трещин, способствует увеличению срока службы детали, подвергнутой усталостным нагрузкам.
В области металлографических исследований процессов усталости один из наиболее эффектных результатов получил Форсит [22], которому удалось наблюдать образование очень тонких ленточек металла на поверхности
Ф и г. 14.10. Экструзии из полос скольжения в сплаве кадмий — 3% Zn, X 1300 [23].
350
Глава 14
образцов из алюминиевых сплавов. Микроскопическое наблюдение показало, что эти ленточки экструдированы из четких полос скольжения. Экструзии не являются нормальным регулярным явлением, они имеют место на отдельных участках через некоторые интервалы вдоль полосы скольжения (фиг. 14.10). К настоящему времени экструзии удалось наблюдать в целом ряде металлов и сплавов, в том числе в меди п алюминии, а также в хлористом серебре [231.
HaJ поверхности образцов, обнаруживающих экструзию, наблюдался также и обратный эффект, а именно образование интрузий (глубоких узких
(Г) л г. J4.ll. Усталостная погюлдчатогть в нгржаш-ющрн стали; видны шіт[>у:іпн
и ;жетру:шп [51]. :)Л(ч;гі [кнптмиi-iHH'ifOiпі чсгііли фотография топкой фольги.
рассолпп) (фиг. 14.11). Хотя большинство наблюдений этого явления относится к комнатной температуре, однако экструзии и интрузии были обнаружены также у меди, подвергнутой усталостным испытаниям при низких температурах вплоть до 2,4 К |24|; таким образом, механизм этого явления, по-видимому, по основывается ва термически активируемых процессах.
Как показывают эксперименты, для возникновения экструзий и интрузий необходимо, чтобы имело место достаточно развитое поперечное скольжение или скольжение по одной из вспомогательных систем. С точки зрения трудности достижения усталостного разрушения в монокристаллах цинка особое значение имеет тот факт, что экструзии и интрузии в этом металле не наблюдаются [25]. Это согласуется с результатами изучения пластической деформации цинка, которые показывают, что при комнатной температуре доминирует процесс базисного скольжения, а скольжение по иебазисным
Усталость
351
плоскостям реализуется значительно труднее. В противоположность этому Партридж [25| обнаружил экструзии у магния и кадмия. Позднейшие элек-тронномикроскопические исследования тонких фольг магния и кадмия обнаружили наличие небазисного скольжения, что согласуется с наблюдением диполей в этих металлах. G другой стороны, в цинке диполи не обнаружены.
По-видимому, легкость протекания поперечного скольжения не является основным критерием образования экструзий. Например, в металлах с низкой энергией дефекта упаковки, таких, как медь, поперечное скольжение в которых затруднено, при усталостных испытаниях легко развиваются интрузии; более того, их можно обнаружить и в твердых растворах на основе
