Файл: Разрушение алюминиевых сплавов при растягивающих напряжениях..pdf

процесса поперечного скольжения (рис. 11, в), причем количество следов скольжения на единицу длины резко уменьшается, что, возможно, объясняется залечиванием их в процессе рекристал­ лизации.

На границе зерна, так же как и при 20° С, полосы скольже­ ния либо тормозятся при переходе в соседнее зерно в случае большой разориентации решеток (рис. 12, а), либо продолжаются в соседнем зерне в случае малоугловых границ. Последнее на­ блюдается даже при значительной миграции зерен (рис. 12, б), что имеет место при повышении температуры. Деформация ма­ териала при 300° также происходит преимущественно посред­ ством сдвигового механизма. На рис. 12, в, г показана кинетика протекания пластической деформации двух участков внутри одного зерна при 300° С. Видно, что деформация локализована в полосах скольжения. Об этом свидетельствуют искажение формы отпечатка алмазной пирамиды, нанесенного на приборе ПМТ-3, в полосе скольжения и отсутствие изменения формы отпечатков между полосами. Деформация, протекающая за счет миграции

Р и с . 13. Изменение числа сле­ дов скольжения в процессе деформации алюминия А99 при температурах 20 (1) и 300° С (2)

Число следов скольжения, образующихся при деформации при комнатной температуре, растет с увеличением степени дефор­ мации, а при повышенных температурах вначале растет со време­ нем, а затем становится постоянным, что, согласно [59], соответ­ ствует установившейся стадии ползучести (рис. 13). С повышением температуры роль границы зерна как препятствия протека­ нию пластической деформации уменьшается, и границы на­ чинают деформироваться в направлении грубых полос скольже­ ния, приобретая характерный волнистый вид (рис. 12, д). При тем­ пературе 300° зарождения оптически видимых микротрещин также не наблюдалось до самых больших исследованных степе­ ней деформации (ел о к =50—70%). Пластическая деформация в по­ ликристаллическом алюминии как при 20°, так и при повышен­ ных температурах протекает крайне неоднородно.

3 Разрушение алюминиевых сплавов

На рис. 14 показано типичное распределение микронеодно­

ординат отложена величина относительной деформации между реперными точками).

При средней деформации 2% и напряжениях, близких к пре­ делу текучести металла (при комнатной температуре), наблю­ дается локализация деформации по микрообластям, причем де­ формация протекает весьма неоднородно — наряду с участками, имеющими локальную деформацию растяжения порядка 7—8%, наблюдаются участки сжатия до 5—8%. Последние связаны с воз­ никновением микрорельефа на шлифе в процессе деформирования и вследствие этого уменьшением расстояния между реперными точками. Локальная неодно­

34

со средней) деформаций перераспределяются в процессе растя­ жения. Локализация деформации, приводящая к зарождению очагов повреждаемости, при повышенных температурах наблю­ дается на более поздних стадиях пластической деформации. Так,

Таким образом, при комнатной температуре очаги разрушения при пластической деформации с начальных моментов деформиро­ вания связаны с участками локальной неоднородности. При тем­ пературе 300° С только при средней деформации образца, превышающей 10—15%, окончательно определяются участки по­ вышенной локальной деформации, по которым и происходит раз­ рушение. Следовательно, при комнатной температуре будущие участки разрушения предопределяются на самых ранних стадиях пластической деформации, в то время как при повышенных

Длина 7 мкм

температурах участки будущего разрушения определяются зна­ чительно позже.

Учитывая, что в чистом алюминии образования оптически видимых трещин нами не наблюдалось вплоть до степеней де­ формации, близких к разрушению образцов, было проведено электронно-микроскопическое исследование деформационного рельефа образцов. Результаты исследования показали, что при комнатной температуре и средней деформации образцов s по­ рядка 25% внутри зерен в большинстве случаев в месте пересе­ чения следов скольжения образуются субмикротрещины, которые и распространяются вглубь по участкам металла, подвергнув­ шимся максимальному скольжению, и вязко тормозятся в участ­ ках, не подвергавшихся заметной деформации и, следовательно, обладающих большим запасом пластичности (рис. 16). При та­

микротрещин внутри зерен (рис. 17) по механизмам, аналогичным механизмам образования субмикротрещин при комнатной темпе­

зации. После возникновения субмикротрещин дальнейший их

повышенных температурах вызывается локализованной в ре­ зультате скольжения пластической деформацией. Транскристал­ лическое разрушение является следствием развития микроскопиче­ ски неоднородной пластической деформации, которая блокируется

36

Глава I V . ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ НА ОСОБЕННОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

И РАЗРУШЕНИЯ ЛИТЫХ И ДЕФОРМИРОВАННЫХ СПЛАВОВ

Влияние состава и структуры на особенности протекания про­ цесса пластической деформации, зарождения и развития трещин в а-твердых растворах проводилось на сплавах, химический состав и механические свойства которых приведены в табл. 4.

На примере сплавов системы AI—Mg подробно изучалось влия­ ние степени легирования твердого раствора. Полученные зависи­ мости подтверждались на сплаве системы AI—Си—Mg.

Сплавы системы AI—Mg исследовали при комнатной темпе­ ратуре, системы AI—Си—Mg — при комнатной и 300° С.

38

Литые сплавы

В сплавах алюминия с магнием по мере увеличения содержания магния наблюдается непрерывное повышение предела прочности. При этом относительное удлинение и ударная вязкость при уве­

стояние сплава (литое или деформированное) оказывают влияние на протекание пластической деформации и характеристики раз­ рушения (разрушающее напряжение, время до разрушения, ра­ боту разрушения).

По своей структуре литые сплавы, содержащие до 3% магния, можно рассматривать как однородный твердый раствор магния в алюминии, остальные сплавы — пересыщенные твердые растворы, упрочненные за счет дисперсного распада а-твердого раствора.

Микроструктура малолегированных сплавов, так же как чи­ стого алюминия, характеризуется наличием двух структурных эле­ ментов: границ и объема зерна. В пересыщенных твердых растворах появляется новый структурный элемент — дисперсные выделения фаз, которые также должны оказывать влияние на протекание

Изменение деформационного микрорельефа при пластической деформации изучалось на всех сплавах по микрообластям на од­ них и тех же участках, начиная от исходного состояния и до раз­ рушения образца. Разрушению этих сплавов предшествует зна­ чительная пластическая деформация матрицы твердого раствора. Пластическая деформация начинает развиваться аналогично зако­ номерностям развития деформации в чистом алюминии, несмотря на наличие в его решетке большого количества атомов магния и су­ щественное увеличение прочности.

Особенности характера протекания пластической деформации в однородных твердых растворах разобраны на примере пласти­

упругой деформации в зерне возникает одна система линий сколь­ жения, расположенная под некоторыми углами к оси растяжения, затем наблюдается поворот всего зерна в более благоприятное по­ ложение по отношению к приложенным напряжениям и, как след­

39