Файл: Разрушение алюминиевых сплавов при растягивающих напряжениях..pdf

Глава V I I . ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НА ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

В реальных условиях растягивающие напряжения могут действо­ вать на детали в течение многих месяцев и даже лет. При этом в дисперсионно-твердеющих сплавах могут происходить процессы, приводящие к изменению тонкой структуры, неизбежно влияю­ щие как на прочностные свойства сплавов, так и на их сопротив­ ляемость процессам разрушения, в связи с чем была поставлена задача выяснения особенностей пластической деформации и разру­ шения пересыщенных твердых растворов при замедленных скорос­ тях растяжения.

Влияние степени легирования а-твердого раствора на характер разрушения при замедленных скоростях растяжения изучалось на литых сплавах системы AI—Mg, содержащих 3, 6, 8, 9,5 и 12% Mg, а также на сложнолегированных литейных и деформируемых сплавах систем AI—Mg и Al—Си—Mg.

Минимальная скорость деформирования, равная 2 - Ю - 8 м/сек, в 2-103 раз отличалась от максимальной скорости деформирования 4-10~5 м/сек, которая соответствовала скорости растяжения при определении стандартных механических свойств сплавов.

Разрушающее напряжение и работа разрушения исследован­ ных сплавов приведены на рис. 81. Приведенные данные показы­ вают, что чем больше степень легирования твердого раствора, тем более значительно с уменьшением скорости деформирования падает напряжение разрушения, причем зависимость разрушаю­ щего напряжения от скорости растяжения в полулогарифмиче­ ской системе координат выражается прямыми линиями. Преиму­ щества в прочностных характеристиках, которыми обладают высоколегированные сплавы, с уменьшением скорости деформи­ рования нивелируются.

Если проэкстраполировать прямые, соответствующие содер­ жанию магния 8—12%, в область еще более медленных скоростей растяжения, то они сблизятся с прямой, соответствующей содер­ жанию магния в сплаве 6%. Поэтому применение магния свыше 6% без дополнительного легирования, стабилизирующего а-твердый раствор, — неэффективно.

Определение работы разрушения при все тех же скоростях растяжения подтвердило следующее: несмотря на то, что с уве-

40

личением содержания магния (до 9,5%) при всех скоростях дефор­ мирования работа разрушения растет, для каждого исследуемого состава с замедлением скорости растяжения наблюдается ее умень­ шение, тем более значительное, чем выше степень легирования твердого раствора (табл. 14).

Одновременно необходимо отметить следующее: если матрица сплава представляет собой дисперсно упрочненный а-твердый раствор, практически стабильный при температуре испытания, то падение работы разрушения незначительно, как и в однородных твердых растворах. Так, например, в литом сплаве AI — 6% Си

всплаве AI—3% Mg, представляющего практически однородный а-твердый раствор, характер изменения микрорельефа не меня­ ется от скорости деформирования и аналогичен описанному выше (см. гл. IV).

98

В двухфазном сплаве, рассмотренном на примере сплава Al—12%Mg, при скорости деформирования 4-Ю"5 м/сек пласти­ ческая деформация охватывает весь объем образца. Деформаци­ онный микрорельеф ярко выражен, наблюдается образование нескольких систем полос скольжения в зернах а-твердого раствора. Трещины зарождаются предпочтительно по тем границам зерен, которые расположены под большими углами к действующим напря­ жениям. Препятствием к распространению трещин служит изме­ нение угла направления границы к действующим напряжениям

Понижение прочностных характеристик сплава обусловлено, вероятно, тем, что деформация локализуется по границам. Доля

зерен при скоростях деформирования 4 - Ю - 5 и 2 - Ю - 8 м/сек и сте­ пенях деформации, близких к разрушению.

Приведенные цифры показали, что с уменьшением скорости деформирования пластическая деформация в литых материалах все более локализуется по границам зерен, что приводит к ис­ черпанию пластичности и образованию трещин при меньших сте­ пенях деформации. Это свидетельствует о том, что с уменьшением скорости деформирования изменяется соотношение прочности гра­ ниц и объема зерен, что, вероятно, вызвано разной степенью распада а-твердого раствора по границам и объему зерен.

Исследование влияния скоростей нагружения на разрушение литого сплава AI—9,5% Mg с добавками элементов переходных групп проводилось на примере циркония, вводимого с помощью

Рис . 84. Зависимость напря ­ жения разрушения литого сплава AI—9,5 Mg без добавок и с добавками 0,5% Zr от скорости деформирования

1 — без добавок;

2 — введенные из солей; В — из лигатур

ния. Введение же Zr с помощью лигатуры, приводящее к образо­ ванию крупных частиц интерметаллидов, склонных к хрупкому разрушению, показало, что с замедлением скорости деформиро­ вания сильнее сказывается отрицательное влияние зародышевых трещин, образующихся при разрушении частиц интерметаллидов Al3 Zr.

Необходимо подчеркнуть, что в сплавах одной системы склон­ ность к преждевременному разрушению в условиях длительного действия напряжений можно оценивать углом наклона прямых, характеризующих изменение в определенном интервале скоростей деформирования, разрушающего напряжения и работы разруше­ ния.

Как было показано выше, с уменьшением скорости растяжения пластическая деформация локализуется по границам зерен, по­ этому в условиях длительного действия растягивающих напряже­ ний особенно опасны частицы, лежащие на границах зерен, так как они инициируют развитие интеркристаллитного разрушения при самых малых степенях пластической деформации.

Отрицательное влияние частиц избыточных фаз, образуемых металлами переходных групп, подтверждено и на литейном сплаве AI—6% Си, легированном титаном. При скорости 2 • 10_ е м/сек с увеличением содержания титана, вводимого с помощью лигатур,

Аналогичные исследования были проверены на деформируе­ мых сплавах исследуемых систем — АМгб и Д16. Сплав АМгб исследовали в горячекатаном состоянии, сплав Д16 — после естественного (зонного) и искусственного (фазового) режимов старения.

Изучение деформационного микрорельефа сплавов показало, что в них не наблюдается структурных элементов, вызываю­ щих зарождение трещин при малых степенях пластической де­ формации.

100