Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
При анализе такой дислокационной структуры в связи с усталостным упрочнением возникают некоторые трудности [31]. Например, дислокационные петли можно удалить из меди, подвергнутой усталостному испытанию, путем отжига при температурах 300—400° С, соответствующих интервалу температур, в котором освобождается энергия, накопленная металлом в процессе усталостного испытания [32]. Однако усталостное упрочнение не снимается полностью даже при 600° С. Очевидно, описанная выше общая дислокационная структура, хотя и является типичной для усталостной деформации, однако не отражает локальной картины в зоне бороздок скольжения, где возникают трещины. Детальная информация относительно дислокационной структуры этих областей пока отсутствует.
23-1235
354
Глава 14
§ 5. Теории зарождения усталостных трещин
Поскольку экспериментальные данные подтверждают ту точку зрения, согласно которой усталостные трещины часто зарождаются в областях скольжения, характеризуемых интрузиями и экструзиями на поверхности, соответствующие теории рассматривают зарождение трещины как результат сдвиговых процессов.
Мотт [33] предложил механизм, согласно которому сближение двух краевых дислокаций, движущихся в противоположных направлениях в близко расположенных плоскостях скольжения (фиг. 14.15, а), приводит к образованию поры в кристалле в момент, когда линии дислокаций совпадают
а
(в плоской схеме); например, в пузырьковой модели дислокации, перемещающиеся в соседних плоскостях скольжения, образуют вакансию. Последующие дислокации от источников Si и S2 будут увеличивать пору в направлении, параллельном векторам Бюргерса дислокаций (фиг. 14.15, 6 и в). Если теперь один из винтовых компонентов дислокации AA' может двигаться вокруг контура поры ABCD, то на поверхность экструдируется призма аналогичного сечения A'B'C'D' (фиг. 14.15, г). Эта модель требует неконсервативного движения ступенчатого участка JJ' (фиг. 14.15, е), которое, вероятно, является процессом, зависящим от температуры.
Коттрел и Холл [34] предложили механизм, основанный на действии источников скольжений в двух системах (фиг. 14.16, а). На стадии растяжения цикла действие обеих систем чередуется, в результате чего на поверхности образуются две ступеньки (фиг. 14.16, б и в), тогда как на стадии сжатия ступеньки преобразуются в интрузии и экструзии; образование интрузий происходит в тех полосах скольжения, которые начинают действовать первыми (фиг. 14.16, г и д). В этом механизме движение всех дислокаций является консервативным; таким образом, он может действовать при очень низких температурах.
Другой механизм, разработанный главным образом для объяснения экструзий у гексагональных металлов, основан на образовании ступенек на винтовых дислокациях [25), которые развиваются в диполи, а из последних далее образуются петли призматических дислокаций. Электронно-микроскопическое исследование тонких фольг убедительно доказало существование подобных петель. Поскольку петли целиком образованы из крае-
Усталость
355
вых дислокаций, они способны скользить в направлении исходного вектора Бюргерса b и, таким образом, вытеснять экструзии на поверхность. Подобное движение петель дислокаций пока не удалось непосредственно наблюдать
Фиг. 14.16. Механизм образования экструзий и интрузий [34].
при усталостных испытаниях, однако оно имеет место в процессе деформации металлов с гранецентрированной и объемноцентрированиой кубическими решетками, а также в ионных кристаллах типа NaCl и AgCl.
§ в. Физические параметры усталости
Чтобы получить возможность объяснить основные механизмы усталости, необходимо исключить влияние многих весьма важных параметров и проводить эксперименты в простых контролируемых условиях. Однако важно также учесть роль ряда параметров, которые могут действовать в практических условиях.
1. Л ни л иг,* лі напряжения
Влияние амплитуды напряжения отражается на характерной форме S — Аг-кривой; на практике это — наиболее важный параметр. Стали отличаются от большинства других сплавов тем, что они могут работать бесконечно долго под действием напряжений ниже так называемого предела усталости, однако последний существенно меньше предела упругости. Весьма заманчиво связать предел усталости сталей с эффектом деформационного старения, при котором подвижные дислокации, способные привести к образованию усталостной трещины, блокируются в результате диффузии атомов углерода, образующих вокруг них атмосферы мелкодисперсных выделений. Следует отметить, что некоторые алюминиевые сплавы, у которых наблюдается деформационное старение, также имеют четкий предел усталости. Эту точку зрения подтверждает наблюдаемое на практике сильное влияние температуры на форму S — TV-кривой.
Предел усталости существенно меньше предела упругости; например, мягкая сталь с нижним пределом текучести 21—22 кгс/мм2 имеет предел усталости 13—14 кгс/мм2. Это доказывает, что заметное движение дислокаций имеет место много ниже той точки на кривой напряжение — деформация, которая соответствует макроскопическому началу пластической деформации. Имеется множество фактов, указывающих на то, что движение дислокаций происходит при напряжениях, меньших предела текучести. Например, движение дислокаций в сплаве железо — кремний обнаружено при напряжениях до 0,75 Oy [35]. Несомненно, дислокации, соответствующие этой «точке предтекучести», играют важную роль в процессах усталости, а также могут иметь большое значение для зарождения трещин при хрупком разрушении.
