Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Согласно оценке, по крайне мере в 80% случаев разрушение металла является усталостным, т. е. разрушением при повторных переменных нагрузках. Тот факт, что металлы при этих условиях не могут выдержать напря-
16
Глава 2
женнй, гораздо более низких, чем их начальные напряжения течения, является достаточно важным для того, чтобы стать предметом как практического, так и теоретического изучения. В последние годы интенсивно изучались структурные изменения при усталости, и в гл. 14 суммируются характерные особенности этого вида деформации. Конечным результатом продолжительной пластической деформации образца является разрушение иди разрыв; в гл. 15 различные виды разрушения рассматриваются, насколько это возможно, с наиболее общей точки зрения. Тот факт, что обычно пластичный металл, такой, как железо, при некоторых условиях катастрофически разрушается после ничтожной пластической деформации, помогает подчеркнуть важность проблемы хрупкого разрушения. Это явление приобрело выдающееся значение во время последней мировой войны, когда путем широкого использования сварных конструкций было быстро построено много судов типа «Либерти», несколько сотен из которых, однако, разрушилось во время эксплуатации вследствие развития хрупкого разрушения, имевшего во многих случаях катастрофический характер. Хрупкое разрушение стали затрагивало столь большой круг проблем и убытки от него были столь велики, что как во время войны, так и после нее было начато много исследований этой проблемы. Некоторые результаты этих работ рассматриваются в гл. 15, причем сделана попытка показать, как дислокационные представления были применены к этой исключительно острой практической проблеме.
Глава 2
ДЕФОРМАЦИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ. ОБЩИЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ
§ 1» Введение
Многие сведения, которыми мы располагаем в настоящее время в области физики металлов, получены в результате изучения свойств отдельных металлических кристаллов. Прежде всего свойства монокристаллов, как механические, так и физические, определяют свойства обычного полнкристаллнче-ского металла; поэтому их физическую природу нужно выяснить раньше, чем пытаться объяснить поведение поликристаллов. Кроме того, некоторые явления трудно детально изучить на поликристаллических образцах, поскольку прн исследовании таких объектов истолкование результатов усложняется. Это относится, в частности, к пластической деформации. Трудности возникают главным образом потому, что все механические характеристики, а во многих случаях также и физические свойства, например тепловое расширение и коэффициенты диффузии, меняются в зависимости от того, в каком направлении в кристалле они измеряются. Другими словами, конкретные свойства кристалла анизотропны.
Классические работы, проведенные на металлических кристаллах в период 1920—1935 гг. Ц, 2|, показали, что многие свойства кристаллов различаются в зависимости от направления. Например, характеристики упругости и пластичности во всех металлах анизотропны. Некоторые данные для типичных металлов с кубической н некубической структурой приведены в табл. 2.1. Как видно из таблицы, для металлов с некубической структурой колебания значений таких характеристик, как напряжение течения, удлинение и предел прочности на растяжение, часто весьма велики; кубические металлы также могут быть существенно анизотропными. Подобно этому
Таблица 2.1
Анизотропия некоторых упругих и пластических свойств металлических кристаллов пря новшатной температуре
Металл Модуль Юнга, кгс/ыыЗ Пр«дел прочности на растяжение, к гс/мы* Удлинен ПС, %
Алюминий (г, ц. к.) Медь (г. ц. к.) а-железо (о. ц. к.) Кадмий (гексагоїк) Магний (гексагон.) Цинк (гексагон.) 6 /,00—7 700 6 800—19 500 ІЗ 500-29 000 2 880-8 250 4 380-5 150 3 550-12 600 5,94-11,6 13,0-35,0 6,1-23,0 0.25—1,05 3.0-9,0 1,20-2,80 20—70 10—55 20-80 10—700 20—220 60-400
магнитные характеристики монокристаллов железа колеблются в широких пределах в зависимости от ориентации. Электрические и тепловые свойства кубических металлов остаются постоянными при изменении направления, однако в гексагональных металлах, такнх, как цинк или кадмий, существует заметная анизотропия.
В большинстве случаев указанные колебания свойств мало влияют на характеристики поликрнсталлических металлов, если ориентации отдельных кристаллитов случайны, поскольку при этом характеристики соответ-
2-І235
18
Глава 2
ствуют средним значениям, постоянным во всех направлениях. Однако в действительности кристаллиты, образующие поликристаллический агрегат, редко бывают полностью разупорядоченными по отношению друг к другу; обычно имеются текстуры или преимущественные ориентации, которые в большей или меньшей степени отражают анизотропию свойств отдельных зерен.
§ 2» Получение металлических монокристаллов
В последние годы появилось несколько обзорных статей [7] и книг [4], посвященных описанию методов выращивания металлических кристаллов; поэтому мы приведем здесь лишь основные сведения по указанному вопросу.
Ряд методов изготовления больших металлических монокристаллов известен уже давно, но в последнее десятилетие в этой области сделано много различных усовершенствований, поскольку достижение совершенства структуры и чистоты получаемых кристаллов приобрело очень большое значение. Почти все существующие методы можно разделить на две основные группы: 1) кристаллизация из расплава; 2) рост зерна в твердом состоянии.
