Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 250

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

вым кристаллом цементитных пластин. Оказалось, что решающее значение для развития двойникования в таких системах имело кри­ сталлографическое соответствие напряжений двойникования в фер­ рите и направлений скольжения в цементите, поскольку цементит деформировался только скольжением. Развитие скольжения в це­ ментите — несколько неожиданный факт, так как плотноупакованные плоскости {001) в Fe3C (плоскости скольжения) являются габитусными плоскостями цементитных пластин в феррите и по ним скольжение невозможно. По-видимому, в цементите возможно сколь­ жение в других, еще не наблюдавшихся системах скольжения.

При построении теории предела текучести дисперсионно-упроч- ненных систем обсуждались также другие подходы к этой проблеме. Например, Мотт и Набарро [436], описывая движение дислокаций в системе с дисперсными выделениями, учли внутренние напряжения, возникающие в процессе выделения избыточных фаз, при условии, что атомные объемы матрицы и частиц различны. Ими показано, что образование сферической частицы с радиусом г и атомным объемом4 (1 -+- б)3 сопровождается ее всесторонним сжатием под

напряжением а — ЗК (б — г ) , где 8 = ЗК + 2Е (1 + v)—параметр несоответствия, К — объемный модуль сжатия частицы, Е —модуль упругости, v — коэффициент Пуассона матрицы. Деформация в матрице является сдвигом без расширения и связана с объемной до­ лей включений второй фазы р соотношением ес = 2ер\ При этом средняя сдвиговая деформация не зависит от размера включений, а среднеарифметическое внутреннего напряжения определяется в работе [436] как напряжение течения, т5 = 2|хер\ Такое определе­ ние напряжения течения справедливо только при условии, если рас-

стояние между частицами л{ >- ^

•, и означает,

что минималь­

ный радиус кривизны изгиба линии

дислокации

в поле местных

внутренних напряжений меньше А,,-. При Хс <^ ^

размеры частиц

близки к атомным, т. е. фактически

рассматривается твердый рас­

твор, упрочненный внутренними напряжениями, возникающими из-за различия атомных объемов растворителя и растворенного вещества.

Когерентные выделения. Когерентные выделения возникают на ранних стадиях распада пересыщенных твердых растворов. Усло­ вия их образования, кристаллография выделения, взаимодействие с твердым раствором и механизм упрочнения рассмотрены в рабо­ тах [357, 410, 437—439].

Движение дислокаций в сплаве, упрочненном когерентными вы­ делениями, определяется [440] полями искажений в окрестности ко­ герентных выделений (зон), различием упругих констант и энергией дефекта упаковки выделения и матрицы, увеличением поверхности зоны при срезе частицы, взаимодействием между дислокациями и вакансиями (образованием перегибов). Если в зоне происходит

* Атомный объем материала матрицы принимается за единицу.

упорядочение, то необходимо учитывать также энергию антифазных границ и возможное изменение систем скольжения внутри зоны.

Первый из указанных факторов связан с появлением полей дальнодействующих внутренних упругих напряжений около когерент­ ных выделений из-за различий в атомных объемах выделяющейся фазы и твердого раствора. Для сферических частиц с радиусом г и объемной долей р\ хаотически распределенных в матрице и имею­ щих параметр несоответствия с ней е, повышение предела текучести может быть оценено [441] — [443] как

А а т а х

= 4,2

- ! ~ - и.е8/* ( - ^ j V j ,

(103)

где Тл.д — линейное

натяжение

дислокации. Если зоны

выделений

имеют форму одноатомной

толщины дисков с радиусом

г, то [358]

 

AaT

= a ^ ( A p J \

(104)

где АЬ = 2(b — b£), bt—расстояние

между атомными плоскостями матри­

цы и диска, a — постоянная, зависящая от распределения выделений. В системах с существенным расщеплением дислокаций на ча­ стичные, если энергии дефекта упаковки в матрице ум и в выделении ув различны, дислокации притягиваются или отталкиваются от выде­ лений в зависимости от знака: Ау = ум— ув. В этом случае [444, 445}

Ay\*/.m / г у/,п ./,

при

г<0,6со,

А о т = l , 0 8 ( - ^ ) ' V ^ j ' T *

 

п р и /

и , и ш ,

j

д О

т = 0

, 9 9 | ^ ^ ^ Г >

при г

^

=

- ^

_

,

(105)

т

'

j _\ fib I

'

Ь

/ ^ _

F

 

 

ш„ + (Ив

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AaT

да \хг~

2\Ъ21*

при

г > с о

 

 

 

 

 

 

 

(юм ,

<аЕ — ширина

дислокаций в матрице и в выделении). Если мо­

дули сдвига матрицы цм

и выделения (зоны)

\хв

различны, то

свя­

занное с этим различием

упрочнение оказывается

[446]

пропорцио­

нальным их разности р н

— цв .

 

 

 

 

 

 

 

В случае, характерном для распада пересыщенных твердых

растворов в некоторых

сталях, если

параметры

решеток

когерент­

ных матрицы и выделений различны, после прохождения дислока­ ций через выделение на границе раздела остаются так называемые дислокации несоответствия [437] и вызванное этим дополнительное

упрочнение оказывается пропорциональным энергии Ue

дислока­

ций несоответствия [446]:

 

 

Аот

bAh '

 

 

 

где Ah — ширина ступеньки на границе раздела. Случай

пласти­

нок одноатомной толщины рассмотрен в работе [358].

 

Как правило, величина достигаемого на стадии когерентных вы­ делений упрочнения равна или превышает упрочнение после поте^ ри когерентности выделяющимися частицами и твердым раствором. Схематически изменение предела текучести при распаде пересыщен-

ных твердых растворов, когда реализуются все стадии формирова­ ния и роста когерентных выделений, стадия нарушения когерент­ ности и коалесценция выделений, представлено на рис. 146. После по­ тери когерентности упрочнение, в соответствии с уравнением (98), не изменяется до тех пор, пока размеры частиц не выходят за пре­ делы условия (99). На этой стадии по модели Анселла — Ленела предел текучести зависит от объемной доли второй фазы и не зави­ сит от межчастичного расстояния в структурах со сферическими и

волокнистыми частицами, если плоскости скольжения

пересекают

их. В участках волокнистой

и пла­

2т<2мЬ/6Т

t

| 2г>2мЬ£г

стинчатой структуры, которые ори­

 

 

 

ентированы вдоль действующих при

 

 

 

испытании напряжений растяжения

 

 

 

и деформируются как

композитный

 

 

 

материал, оказывается существен­

 

 

 

ной зависимость прочности от отно-

 

 

 

I

 

 

 

 

ТСГ/щед.

шения —; .

 

 

 

 

'кр

зависимость

Рис. 146. Схема изменения предела

Температурная

текучести при распаде

пересыщен­

предела текучести

дисперсионно-

ных твердых растворов в зависи­

упрочненных сплавов.

Рассмотрим

мости от времени

старения.

дисперсионно-упрочненные

систе­

 

 

 

мы с некогерентными частицами. Как показали

Мотт и Набарро

[436], при А, >- 4 ^ энергия активации движения

дислокации Qa =

— (К — расстояние между частицами, сг0 — напряжение сдвига дислокации при 0° К). Оценочные расчеты для большинства металлов при типичных для упрочненных частицами систем значениях параме­ тров да 100 Ь, ггт ж j приводят к очень большим величинам:

<5Д да 200—250 эв. Эти величины на несколько порядков превыша­ ют значение энергии тепловых колебаний атомов в кристалле (при 300°G kT ~ 0,04 эв), поэтому термические флуктуации в случае некогерентных выделений не могут изменить Qa и предел текучес­ ти дисперсионно-упрочненного сплава не может существенно зависеть от температуры. Это обстоятельство имеет решающее

значение при конструировании жаропрочных сплавов.

Необходимо,

разумеется,

иметь

в виду

возможность

значительного

ускорения

процессов

диффузионного

перераспределения

элементов в

спла­

ве

с повышением

температуры (растворение,

коалесценция),

процессов

переползания

дислокаций

вследствие

взаимодействия

с

точечными дефектами при ползучести, а

также угрозу

уско­

рения диффузионного проскальзывания по межфазной и межзеренной границам. В дисперсионно-твердеющих сплавах обычно возможна удовлетворительная стабильность упрочняющей фазы до температур на 100—200° С ниже температуры ее образования или выделения. Например, отпущенную при 500° С сталь можно приме­ нять для работы при температурах до 350°С [414]. Сплавы с нерас-

творяющимися в матрице частицами (сплавы типа САП) сохраняют работоспособность до температур, весьма близких к температуре плавления матрицы. Как следует из уравнений (96) — (98), темпера­ турная зависимость предела текучести в подобных стабильных систе­ мах определяется температурной зависимостью упругих констант матрицы и упрочняющей фазы. Из уравнения (98) и условия (99)

видно, что предел текучести в сплаве с мелкими частицами [к <;

„2(х6 \

<С—г— меньше зависит от температуры, чем в сплаве с крупными

частицами

так как в первом случае он определяется

малоизменяющимся при изменении температуры модулем упругос­ ти тугоплавкого соединения упрочняющей фазы.

В заключение следует указать на принципиальную возмож­ ность изменения дислокационной структуры матрицы при значи­ тельных колебаниях температуры испытания сплавов с дисперсными жесткими частицами, если температурные коэффициенты объемного расширения матрицы и фазы существенно отличаются. Различие Да, приводит к образованию около частицы дислокационных пе­ тель для уравновешивания деформации и снятия напряжений [447]. Число петель ./V можно определить по выражению

N = ~ • ^-{Тт^~Т)2г,

(106)

где г — радиус частицы, Г т а х — максимальная температура цикла. Образование петель может вызвать прирост напряжения сдвига при изменении температуры, который будет равен напряжению, необхо­ димому для прохождения дислокаций через дислокационные петли около частиц. Таким образом, изменение критического напряжения сдвига при изменении температуры можно записать в виде

т , ( Л - т ( Г т а х ) = 3 ( ^ 2 л ) ,

(107)

где Я„ — расстояние между центрами частиц. Это уравнение хорошо согласуется с экспериментом [447].

СООТНОШЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ УПРОЧНЕНИЯ В ОТПУЩЕННОЙ СТАЛИ

Для того чтобы масштабно представить вклад различных составляю­ щих в предел текучести отпущенной стали, Смит и Хегеманн [448] попытались разделить упрочнение, обусловленное сопротивлением движению дислокаций в феррите (включая сопротивление Пайерлса — Набарро, влияние растворенных элементов замещения), ст0, упрочнение, обусловленное структурными факторами феррита (раз­ мером зерна и размером ячеек дислокационной структуры), aL

Смотрите также файлы