Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

винтозые участки СБ и DE петли могут сместиться вследствие по­ перечного скольжения в позиции С В' и D'E'. Участки С'В' nD'E' над частицей притягиваются (так как имеют противоположные зна­ ки) и аннигилируют, оставляя скользящую двойную ступеньку на краевой дислокации и призматическую петлю за частицей. Меха­ низм образования призматических петель при винтовой ориента­ ции дислокации ясен из рис. 143, б, отметим только, что в данном случае на линии дислокации ступеньки нет, а около частицы обра­

зуются две призматические дислока­ ции с противоположными знаками.

Возникшие в результате ряда пересечений призматические петли могут образовать геликоиды (при взаимодействии с винтовыми дис­ локациями решетки) или вызвать скольжение в плоскостях решетки, параллельных действующей плос­ кости скольжения, но не пересека­ ющих частицы упрочняющей фазы, по крайней мере в месте образова­ ния петель. Образование около час­ тиц нескольких петель Орована и возникающая при этом концентра­ ция напряжений могут способство­ вать развитию поперечного сколь­ жения [420]. Данные электронномикроскопического исследования некоторых дисперсионно-упрочнен- ных сплавов меди подтверждают развитие поперечного скольжения в них. Показано, в частности, что в сплавах, матрица которых имеет ма­

лую энергию дефекта упаковки уд , поперечное скольжение заторма­ живается и образуются петли Орована, в то время как в сплаве с высокой уд около частиц вследствие поперечного скольжения обра­ зуются лишь призматические петли.

Для случая взаимодействия дислокаций с частицами, осложнен­ ного поперечным скольжением, механизм Анселла —Ленела непри­ меним. Как и следовало ожидать, предел текучести дисперсион- но-упрочненных сферическими частицами систем с развитым попе­ речным скольжением определяется уравнением Орована (рис. 144), или, точнее, несколько модифицированными его выражениями, полу­ ченными в последние годы [420—426]. Анселл предложил считать [414], что если частица несферична и ее высота, измеренная по нор­ мали к действующей плоскости скольжения, приблизительно в два раза больше расстояния между частицами, то поперечным сколь­ жением можно пренебречь даже в сплавах, матрица которых имеет высокую энергию дефекта упаковки. Это предложение носит, ра-

в виде плоских лепешек (или соломки, или стержней) типа пла­ стинчатого перлита, не должно быть поперечного скольжения, так

тинчатых структур (см. рис. 118, 119, 138, а) зависит от ориентиров­ ки вытянутых цементитных стержней к действующим силам от внеш­ ней нагрузки. Если стержни ориентированы так, что плоскость

в области упругих деформаций из-за сил сцепления между во­ локном и матрицей в матрице возникает локализованная около частицы неоднородная упругая деформация (жесткая частица по

условию имеет более высокий модуль упругости, и поэтому одно и и то же среднее по сечению напряжение вызывает меньшее, чем в матрице, удлинение волокна). По мере повышения нагрузки обра­ зец проходит следующие основные стадии:

1) упругая деформация матрицы и волокна до тех пор, пока не будет достигнут предел упругости матрицы;

2)пластическая деформация матрицы и продолжающаяся упру­ гая деформация волокон;

3)пластическая деформация матрицы и волокон;

4)разрушение волокон и общее разрушение образца.

На второй стадии Еы имеет некоторое эффективное значение (так как в матрице началась пластическая деформация), и его можно вычислить из кривой аи = / (ем) деформации матрицы. Следова­

так как в подавляющем большинстве случаев а'„ <^ сгв, и, таким об­ разом, достигаемая в композите прочность пропорциональна объемной доле упрочняющей фазы. Этот вывод подтверждается эк­ спериментально [428, 429]. Поскольку а м меньше прочности матри­ цы ам , объемное содержание упрочняющих волокон должно быть

Типичные значения VKp приведены в табл. 13 [428].

В малолегированных сталях значения а'„ и ггм для ферритной матрицы должны быть меньше или близки к соответствующим зна­ чениям для нержавеющей стали. Величина ав для тонких пласти­ нок цементита неизвестна, но есть все основания считать, что она очень большая. Действительно, Крамп и Митчел [430], а также Гейн [431] и Гарбер [432] показали, что в тонких сечениях (меньше 0,1 мк) у кадмия, золота и вольфрама теоретическая прочность со-

Е Е

ставляет — -f- , независимо от степени совершенства кристал­ лической решетки материала. В тонкопластинчатом перлите, особен­ но в структурах, создаваемых в сталях при электроотпуске, толщина

цементитных пластин колеблется от 200до 1500 А. Поэтому прочность цементитных волокон или стержней должна быть близкой к теорети­

одноосно направленными волокнами конечной длины, беспорядочно распределенными в матрице, имеет вид

считанной по уравнению (100), т. е. композита, длина волокон в котором равна длине образца или изделия.

В рассмотренном выше случае пластинчатого или волокнистого

длина цементитных пластин обычно на порядок больше. Приведен­ ная оценка показывает, что перлитное зерно представляет собой фактически очень удачно построенный композитный материал. Для получения максимально высокой прочности следует стремиться к тому, чтобы в структуре стали образовывались как можно более тонкие карбидные волокнистые или пластинчатые выделения, при­ чем пластические свойства упрочняющей фазы (в высокодисперсном состоянии) не имеют существенного значения. Больше того, по­ скольку пластическая деформируемость является признаком суще­ ственного снижения уровня напряжений, которые может выдержи­ вать материал волокна, пластины или сферической частицы упроч­ няющей фазы, по сравнению с уровнем теоретической прочности, следует признать, как это ни парадоксально на первый взгляд, что наличие пластических свойств является признаком невысокой эффективности волокон как упрочнителей.

Остановимся кратко на особенностях двойникования в диспер- сионно-упрочненных системах. Как было показано на примере си­ стемы Fe + 24,6 ат.% Be [433], содержащей после термической об­ работки большое количество сравнительно равноосных выделений фазы FeBe2, частицы размером 3—5 мк не ослабляют тенденцию к двойникованию. При встрече с частицей двойниковая пластина про­ должает расти за ней, так как двойникующие дислокации также мо­ гут огибать барьер, оставляя за ним остаточные дислокационные пет­ ли. Существенно, что среза частиц при этом не наблюдалось. В ана­ логичных условиях изменение режима термической обработки для получения дисперсных частиц, сохраняющих или теряющих коге­ рентность с матрицей, привело к полному исчезновению двойнико­ вания при деформации сплава. Хорнбоген [434] наблюдал подоб­ ный эффект при мартенситном превращении в дисперсионно-упроч- ненной системе: сферические частицы либо «съедались» кристаллом, либо тормозили его рост, причем наибольшее торможение мартен­ ситного превращения (резкое снижение Мн) наблюдалось в момент потери когерентной связи выделений с решеткой твердого раствора.

При деформации двойникованием сталей, имеющих структуру 220 пластинчатого перлита [435], обнаружено «пробивание» двойнико-