Файл: Разрушение алюминиевых сплавов при растягивающих напряжениях..pdf

Т а б л и ц а 9 Работа разрушения , разрушающее напряжение и время до разрушения

фазы и образования зародышевых микротрещин путем коагуля­ ции вакансий либо подпитывания уже существующих зародышевых трещин и инициирования их развития.

Необходимо отметить, что микроскопически видимые трещины наблюдаются только в сплавах, имеющих сплошной эвтектический каркас (содержащих 0,8% железа и выше), и обнаруживаются только при степенях деформации, близких к разрушению. Они возникают на границе между эвтектическими выделениями и матрицей либо внутри эвтектических колоний (рис. 49, в , г ) . Слияние их в магистральную трещину при наличии сплошного каркаса происходит так быстро, что этот процесс не удалось за­ фиксировать даже при самой медленной скорости деформирования. Это свидетельствует о том, что работа развития трещин в сплавах системы AI—Fe невелика, и общая работа разрушения сплава в основном определяется работой зарождения трещин. Этим эвтек­ тический сплав существенно отличается от сплавов, в которых нет сплошного каркаса из эвтектики.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что в сплавах, содержащих 0,3—0,5% Fe,локальная деформация в микрообъемах протекает весьма неравномерно, что вообще характерно для чистого алюминия и малолегированных сплавов.

Независимо от температуры испытания разрушению предшест­ вует образование нескольких очагов повышенной локальной де­

ции, превышающей 50—60%, и при средней деформации образца, равной 15—20%. Разрушение сплава интеркристаллическое.

Длина t мнн

Р и с . 50. Колебания локальных деформаций при растяжении сплавов системы

каркас из эвтектических выделений фазы Al3 Fe по границам зерен, частицы выделений тормозят протекание пластической деформа­ ции (повышая прочностные характеристики сплавов), однако они не в состоянии эффективно воспрепятствовать локализации пла­ стической деформации в микрообъемах, приводящей к возникно­ вению очагов разрушения.

Сплавы, в которых образован сплошной каркас из эвтекти­ ческих выделений по границам зерен (0,8—1,5% Fe), при 20° С характеризуется значительно меньшими колебаниями локальной деформации, чем сплавы, содержащие 0,3 и 0,5% Fe.

Отдельные участки образцов указанных составов со сплошным каркасом из эвтектики в момент разрушения показали весьма

66

нет сплошного каркаса, происходит при еЛ ( Ж =15—20% и

£ „ = 1 0 - 1 2 % .

Количество и протяженность участков со сплошным каркасом из эвтектических выделений увеличиваются с повышением содер­ жания железа в сплавах. При разрушении сплавов, имеющих сплошной каркас из эвтектических выделений, очаг повышенной деформации, приводящий к разрушению, локализуется в весьма узкой зоне шириной 1,5—2 мм, в то время как остальная часть образца деформируется весьма незначительно.

При температуре 300° С локальная пластическая деформация сплавов, содержащих 0,8% Fe и выше, характеризуется как боль­ шими значениями относительной деформации в момент разруше­ ния, так и большей неоднородностью протекания ее (ел о к колеб­ лется от 0 до 20%). Ширина зоны повышенной деформации, при­ водящей к разрушению, как и при температуре 20° С, составляет 1,5—2 мм. Практически одинаковая ширина зоны повышенной локальной деформации при температурах 20 и 300° С, в которой происходит разрушение, свидетельствует, что разрушение связано с разрывом каркаса из эвтектических выделений по границам зерен, который цементирует зерна сплава при исследованных температурах.

Общую картину протекания пластической деформации в макро­ скопическом масштабе дает изучение деформационного макро­ рельефа сплавов системы алюминий—железо при степенях де­ формации, соответствующих началу образования очагов повы­ шенной локальной деформации, приводящих к разрушению (рис. 51).

Всплавах, где отсутствует сплошной каркас из эвтектических выделений по границам зерен (0,3 и 0,5% железа), деформацион­ ный микрорельеф характеризуется образованием глубоких складок, проходящих вдоль направления приложения нагрузки к образцу. При увеличении содержания железа в сплаве количество складок уменьшается.

Всплавах, где существует сплошной каркас из эвтектических

выделений по границам зерен, образуются отдельные короткие и неглубокие деформационные складки. По мере увеличения содержания железа в алюминии деформационный макрорельеф становится все менее развитым (менее глубоким).

Наблюдаемая картина наглядно демонстрирует цементирую­ щее действие каркаса из эвтектических выделений в сплавах системы алюминий—железо.

Анализ приведенной структуры и свойства сплавов системы алюминий—железо подтверждают положение А. А. Бочвара [36] о том, что жаропрочность литых алюминиевых сплавов, имеющих каркас по границам зерен, в котором есть жаропрочная фаза, определяется количеством эвтектики, необходимой для образо­ вания сплошного каркаса, и позволяет сделать вывод, что в слу­ чае такого упрочнения определяющее значение имеют не только

свойства жаропрочной фазы, но и количество эвтектики и форма ее составляющих, сопротивляемость возникновению трещин при деформировании и способность образовывать более или менее сплошной каркас вокруг первичных зерен а-твердого раствора.

Сплавы алюминий—никель Исследование особенностей протекания пластической деформации

ветствует содержанию никеля 5,7%, в то время как в сплаве AI—Fe точка эвтектики 1,8% Fe, при одинаковом содержании никеля и железа в сплавах образуется выделений фазы А13Ш значительно меньше, чем фазы Al3 Fe. Поэтому пластическая де­ формация в сплаве AI—0,5% Ni протекает более неоднородно, и общая деформация в момент разрушения значительно больше,

1% Fe (а) и A I — 1 % N i (б), измеренных через 500 мкм при температуре 300° С

68

рельефом сплавов алюминий—железо (рис. 49) свидетельствует, что в сплаве с никелем наблюдается образование двух пересекаю­ щихся систем грубых полос скольжения, которые имеют вид редких коротких линий. В отличие от сплавов системы алюми­ ний—железо, в сплаве A I — 1 % Ni не наблюдается разветвления грубых полос скольжения при пересечении ими эвтектического каркаса. Видимо, каркас из эвтектических выделений в сплавах алюминий—никель более податлив при деформировании, чем каркас в сплавах системы алюминий—железо.

В сплавах алюминий—никель, так же как и в сплавах алюми­ ний—железо, на ранних стадиях пластической деформации не наблюдается образования трещин, разрешаемых металлографи­ ческим путем. Разрушение сплавов — интеркристаллическое.

Сплавы алюминий—марганец

Исследование влияния марганца на особенности протекания пластической деформации и разрушение сплавов алюминий—мар­ ганец проводилось при содержании марганца, равном 1,2 и 3%. Скорость охлаждения сплавов в интервале кристаллизации со­

(рис. 54). Пластическая деформация как при 20°, так и при 300° С протекает весьма неоднородно (так как марганец заметно не моди­ фицирует расплав). В отличие от чистого алюминия локализация деформации при 20° С, приводящая к повреждаемости, наблю­ дается после средней пластической деформации свыше 5—10% (рис. 55). Препятствием распространению полос скольжения яв­ ляются только границы зерен. При 300° С миграции границ зерен в сплаве не наблюдается. Разрушение имеет интеркристалличе­ ский характер (рис. 54, -в). Возникновения металлографически видимых трещин не наблюдается до деформаций, близких к раз­ рушению. Средняя деформация, при которой наблюдаются метал­ лографически видимые трещины при 20° С, равна 20—25%. Сле­ довательно, сплав AI—1 % Мп ведет себя в условиях растяжения, как рассмотренные выше однородные твердые растворы.

При содержании марганца 2 % по границам зерен образуется каркас из эвтектических выделений а-твердого раствора и интерметаллида А16Мп, который блокирует распространение грубых полос скольжения при деформировании (рис. 56). Сравнение колебаний локальных деформаций при растяжении сплавов с 1 и 2% марганца (рис. 57) свидетельствует, что однородность проте­ кания пластической деформации заметно повышается с увеличе­ нием содержания в сплаве марганца. Однако, как и в сплаве с 1 % марганца, образования оптически видимых трещин не наблю­ дается до степеней деформаций близких к разрушению образцов. Средняя деформация, при которой наблюдаются металлографи-

69