Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Из табл. 9.1 видно, что интенсивность деформационного упрочнения на второй стадии существенно изменяется от металла к металлу; кроме того, нет оснований считать, что она не зависит от температуры, как это имеет место в случае кривых напряжение — деформация для монокристаллов. До некоторой степени это различие можно объяснить изменением модуля упругости с температурой, а также, возможно, неконтролировавшейся раз-
50
70%Gq
О
OJ 0,2 0.3 OM 0.5
Истинная (логарифмическая) деформация є
204
Глава 9
ницей в величине зерна. Есть некоторые основания считать, что если величину зерна тщательно контролировать, как, например, в экспериментах со сплавами серебро — галлий, то наклон второго участка кривой заметно не меняется при изменении состава сплава (фиг. 9.9).
Жауль нашел, что наклон второго участка кривой можно выразить через модуль упругости E следующим образом:
(•?-)п-Р*Т§Г- <9-12>
Если значения а/Е нанести на график в зависимости от деформации, то для большинства металлов с г. ц. к. решеткой точки будут находиться в пределах узкой полосы (при условиях постоянства размера зерна и низкой температуры).
40 .-—.
_І_I_I_1_I_I_LJ
О 2 4 6 8 IO IZ 14
Содержание галлия, am. %
Фиг. 9.9а. Энергия дефекта упаковки сплавов Ag — Ga [28].
В табл. 9.1 представлены значения O2, е2, относящиеся к началу третьей стадии (параболического упрочнения) поликристаллических металлов с г. ц. к. решеткой. Показатель т. в формуле (9.11) не превышает 0,5. Результаты показывают, что, как и в случае монокристаллов, на кривых напряжение — деформация при повышенных температурах преобладает третья стадия. На этой стадии дислокации, прежде блокированные препятствиями на своих плоскостях скольжения, оказываются способными к поперечному скольжению в результате совместного влияния напряжения и термической активации, и, таким образом, становится возможной дальнейшая пластическая деформация с уменьшением коэффициента деформационного упрочнения.
3. Влияние размера зерен
До сих пор мы не рассматривали детально влияние размера зерен. Уже на ранних стадиях деформации границы зерен препятствуют движению дислокаций, в результате чего вместо легкого скольжения, характерного для монокристаллов, имеет место первичное параболическое упрочнение.
Деформация поликристаллических агрегатов
205
OA
Кроме того, так называемый фактор сложности приводит к возникновению в большинстве зерен множественного скольжения, которое было обнаружено при изучении структуры уже при малых деформациях. Множественное скольжение необходимо, чтобы обеспечить изменение формы зерен, сохраняя при этом непрерывность при переходе границы. Другой аспект фактора сложности состоит в том, что напряженное состояние даже в пределах одного зерна далеко не однородно и зависит от поведения ряда соседних зерен. В общем случае эти эффекты, вероятно, более важны для мелких зерен, тогда как более крупные зерна ближе по своему поведению к монокристаллам.
Хотя размер зерен может оказывать влияние на все элементы кривой напряжение—деформация, однако влияние этого фактора на предел упругости особенно заметно. На фиг. 9.10 показано, как предел упругости алюминия чистоты 99,99% изменяется от приблизительно 0,15 кгс/мм2 до 0,35 кгс/мм2 с изменением числа зерен на 1 мм2 от 2 до 50. Для сравнения укажем, что критическое напряжение сдвига для монокристалла алюминия составляет 0,09 кгс/мм2. По-видимому, следует подчеркнуть, что здесь мы
имеем в виду макроскопический предел упругости; благоприятно ориентированные зерна будут подвергаться небольшой пластической деформации до момента достижения этой точки на кривой напряжение — деформация.
Зависимость начального напряжения течения оу или последующего напряжения течения Of от размера зерен подчиняется соотношению Холла — Петча [31, 32]
Ъ? 0,3
S
I
^ 0,2
0,1
f
99,99 XAi Номнатная температура
10 20 30 W Число зерен на / млгг
50
60
Фиг. 9.10. Влияние размера зерен на предел упругости алюминия чистоты 99,99% при комнатной температуре [3].
at + kyd~n,
(9.13)
где d — диаметр зерна, Oj — напряжение трения, ку — постоянная, связанная с распространением деформации через границы зерен. Показатель п, обычно равный 0,5 для металлов с объемноцентрированной кубической решеткой, не может быть столь четко определен для металлов и сплавов с гранецентрированной кубической решеткой.
На фиг. 9.11 представлены кривые напряжение — деформация для поликристаллического алюминия чистоты 99,99% с различной величиной зерна; из этих кривых следует, что крупнозернистые образцы упрочняются меньше, чем мелкозернистые, хотя форма кривых остается одинаковой. При комнатной температуре алюминий не обнаруживает линейного второго участка упрочнения; кривая для него имеет преимущественно параболическую форму. Для сравнения на фиг. 9.11 представлены три кривые растягивающее напряжение — относительное удлинение для трех монокристаллов, два из которых имеют «твердую» ориентировку, а третий — очень «мягкую». Несколько неожидан вид кривой 5, относящейся к кристаллу с ориентировкой [111], который упрочняется даже интенсивнее, чем поликристаллические образцы, возможно потому, что эта ориентировка особенно благоприятна для формирования барьеров Ломер — Коттрела (гл. 4). Кристалл с ориентировкой 6, вероятно, наиболее типичен для случая деформации монокристаллов за счет скольжения в нескольких системах, поскольку его кривая
