Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
(i) и г. 14.12. Чистый магний после 1,3-10" циклов пагруженпя (80% полной стойкости)
напряженном ±2,03 кгс/мм2 при комнатной температуре, X(JO [48].
Слепа — сразу после испытания; справа — после плектрополировкп для удаления полос скольжении
и оплси четкого выявления трещины.
меди, имеющих очень низкую энергию дефекта упаковки, например Cu — 7,5 ат. % Al (7 « 2 эрг/см2) и а-латунь 70/30 (у ж 15 эрг/см2). С другой стороны, в чистом алюминии, поперечное скольжение в котором происходит крайне легко, экструзии в процессе усталостных испытаний не появляются в отличие от многих алюминиевых сплавов. Эти данные заставляют пересмотреть вопрос о значении процесса поперечного скольжения, который во всяком случае чувствителен к температуре и, по-видимому, не может обусловливать экструзий, наблюдаемых в меди при 2,4 К. Таким образом, наряду с поперечным скольжением при объяснении явлений экструзии и интрузии следует учитывать и скольжение во вторичных системах.
Хотя экструзии обнаруживаются не при любых условиях в процессе усталостных испытаний, но процесс приводит к возникновению на поверхности образца неровностей более сложного характера, чем ступеньки скольжения, образующиеся при статической деформации. В уд и др. [20] применили метод сечений на клин, чтобы увеличить неровности, расположенные перпендикулярно поверхности. Угол наклона 2—3' позволяет достичь увеличения по вертикали в 20—30 раз. Результаты исследования меди и латуни показывают, что уже после 10% продолжительности усталостного испытания до разрушения образца многие устойчивые полоси скольжения сопровождаются царапинами (интрузиями) или выступами (экструзиями). Затем в вершинах интрузиоиных впадин возникают усталостные трещины, которые начинают распространяться вдоль полос скольжения (фиг. 14.12);
352
Глава 14
в дальнейшем, на более поздней стадии, они имеют тенденцию развиваться и в поперечном направлении от одной полосы скольжения к другой (А и В на фиг. 14.12). Таким образом, трещины имеют типичный транскри-сталлитный характер (фиг. 14.12), и большинство данных указывают на то, что они зарождаются в поверхностных бороздах, образующихся в результате движения большого количества дислокаций в полосах скольжения. Кроме того, трещины появляются на ранних стадиях испытаний, вероятно, по истечении 5—10% полного времени испытаний образца до усталостного разрушения.
Исследование поверхностей усталостного разрушения позволяет непосредственно получить дальнейшую информацию о стадии распространения
Ф и г. 14.13. Борозды, возникшие на второй стадии распространения усталостной трещины [27].
Стрелкой показано направление распространения трещины.
трещин. Форсит [27] указывает, что трещины образуются в полосах скольжения внутри интрузий на первой стадии усталостных испытаний, когда направление трещин совпадает с плоскостями скольжения, т. е. с плоскостью максимального напряжения сдвига. Вторую стадию он считает периодом распространения трещины в направлении, которое в основном перпендикулярно направлению оси растяжения образца (в усталостных испытаниях на растялление — сжатие). Детальное металлографическое исследование этих двух стадий показывает их существенное различие. Поверхность разрушения, соответствующая первой стадии, обычно не имеет борозд; на поверхности же, относящейся ко второй стадии, ясно видны четкие полосы (фиг. 14.13), которые во многих случаях могут быть непосредственно связаны с цикличностью нагрузки, поскольку они представляют последовательные положения распространяющейся трещины. Например, случайное увеличение пикового напряжения приводит к образованию более широкой полосы.
Усталость
353
Распространение трещины на этой стадии происходит по типу вязкого разрушения, так как во время каждого цикла у вершины трещины имеет место пластическая деформация; кроме того, каждая полоса лежит не в плоскости, а образует изогнутую поверхность, что является отличительным признаком распространения трещины на этой стадии в сравнении с первой стадией.
Электронномикроскопическое исследование тонких фольг монокристаллов меди [28], подвергнутых усталостным нагрузкам, показывает, что доминирующим признаком даже на ранних стадиях усталости является наличие дислокационных петель; этот признак сохраняет свое значение даже тогда,
Ф и г. 14.14. Вытянутые петли дислокаций и ступепьки, образованные на препятствиях (Л) в сплаве Al — 3% Mg, подвергнутом усталостному испытанию [30]. Электр он номикроскопическая фотография тонкой пленки.
когда амплитуда напряжения превосходит значение тш. Аналогичные результаты были получены при исследовании алюминия [29] и сплавов алюминий — магний [30], подвергнутых усталостным испытаниям при весьма низких напряжениях; при этом было обнаружено постепенное развитие скоплений ступенек и петель дислокаций (фиг. 14.14). На более поздних стадиях в алюминиевых сплавах образуются размытые малоугловые границы путем объединения скоплений дислокаций; эти границы затем постепенно становятся более четкими по мере того, как в них вливаются новые движущиеся дислокации.
