Файл: Разрушение алюминиевых сплавов при растягивающих напряжениях..pdf

После того как в кристалле практически исчерпан запас пла­ стичности по одной системе полос скольжения, возникает вторая система полос скольжения преимущественно вблизи от границ зерен, расположенная под определенным углом к первой си­ стеме.

В том случае, если ориентация зерна благоприятна по отноше­ нию к оси растяжения, то в зерне возникает сначала одна система полос скольжения, затем вторая система, и лишь потом происхо­ дит искривление полос скольжения внутри зерен как следствие дальнейшей деформации.

Типичным для малолегированных сплавов, так же как и для чистого алюминия, является неравномерность протекания пласти­ ческой деформации, проявляющейся в отсутствии полос скольже­ ния в отдельных зернах до значительных степеней деформации образца.

В сравнении с чистым алюминием здесь наблюдается уменьше­ ние расстояний между следами скольжения, что согласуется с дан­ ными работы [107] о том, что введение 1 % магния приводит к умень­ шению расстояния между следами скольжения в 8—10 раз.

Измерение локальной деформации отдельных участков мало­ легированных сплавов алюминия с магнием при непрерывном рас­ тяжении свидетельствует о том, что, так же как в чистом алюминии, в однородных твердых растворах очаги повышенной деформации, приводящие к повреждаемости, зарождаются на самых начальных степенях деформации и не перераспределяются в процессе дефор­ мации.

До деформации, близкой к разрушению образца, в отличие от алюминия в объеме зерен не наблюдается трещин, разрешаемых как оптически, так и электронно-микроскопическими методами. Уже при 1,5% магния характер разрушения сплава — твердого раствора — меняется: разрушение носит интеркристаллический характер в отличие от транскристаллического у чистого алюминия (ср. рис. 11, б и 20, б). Это свидетельствует о том, что вследствие упрочнения объема зерна за счет легирования границы в литом сплаве становятся относительно более слабым структурным эле­ ментом.

Изменение деформационного рельефа при пластической де­ формации литых сплавов, представляющих собой пересыщенные твердые растворы магния в алюминии (6—15% магния), показано на примере сплава AI—9,5% Mg, обладающего оптимальным соче­ танием прочностных и пластических характеристик. Разрушению этого сплава также предшествует значительная пластическая де­ формация матрицы твердого раствора (рис. 21). После прохожде­ ния упругой деформации по достижении предела текучести об­ разца в большинстве случаев наблюдается пластическая деформа­ ция по одной либо двум системам скольяхения. Так же как и в од­ нородных твердых растворах, имеют место провороты зерен при равных степенях средней деформации, но на меньший угол. Ис-

40

кривление полос скольжения наблюдается значительно реже, так как этому препятствует упрочнение зерна за счет легирования.

Как и в случае малолегированных сплавов, при наличии мало­ угловых границ полосы скольжения могут переходить из одного зерна в другое.

Исследование микрорельефа (рис. 21, а) свидетельствует, что даже при такой высокой степени легирования (9,5% Mg) наблю­ дается, как в чистом алюминии и малолегированных твердых рас­ творах, отсутствие видимых полос скольжения в отдельных зернах при оптических увеличениях. Но электронно-микроскопические исследования тонкой структуры сплава (рис. 21, б) показывают,

При деформации, близкой к разрушению, наблюдаются зарож­ дение и рост интеркристаллитных трещин, разрешаемых оптиче­ ским путем (рис. 21, б). Но в отличие от малолегированных сплавов трещины имеют более хрупкий характер. Такой характер раз­ рушения свидетельствует о том, что границы зерен становятся не только более слабым структурным элементом, но и охрупчиваются за счет распада а-твердого раствора, ускоряемого деформи­ рованием, более интенсивно проходящим в пограничных областях. Указанный преимущественный распад по границам наблюдался рядом исследователей.

Несмотря на то, что разрушение этого сплава происходит при такой же степени средней пластической деформации, как и мало­ легированных сплавов алюминия с магнием (табл. 4), необходимо учитывать, что средняя деформация складывается из суммы де­ формаций: деформации (1), обусловленной течением металла, и деформации (2), связанной с раскрытием трещин. В высоколеги­ рованных твердых растворах вклад деформации, выражаемый зна­ чениями удлинений, связанной с раскрытием трещин, более зна­ чителен.

Ранее отмечалось, что чем более неоднородно протекает пла­ стическая деформация, тем благоприятнее условия для зарожде­ ния и развития субмикроскопических трещин в участках с макси­ мальной деформацией.

С увеличением степени легирования неоднородность проте­ кания пластической деформации уменьшается, однако и при со­ держании в сплаве 9,5% магния колебания значений ел о к на началь­ ных стадиях пластической деформации, когда еще не наблюдается зародышевых трещин, весьма значительны. На рис. 22 приведен

41

стяжения 10—15% и сжатия до 5—8%. Наличие участков сжатия объясняется как формоизменением отдельных зерен при деформи­ ровании (рис. 23), так и межзеренным перемещением.

Колебания локальных деформаций сплава AI—9,5% Mg при разных степенях средней пластической деформации (рис. 24) сви­ детельствуют, что в отличие от чистого алюминия и однородных твердых растворов в этом случае наблюдается перераспределе­ ние в процессе деформирования очагов повышенной пластической деформации. Видимо, в пересыщенном твердом растворе на началь­ ных стадиях пластической деформации происходит упрочнение металла в участках с начальной повышенной еІ О К , которое препят­ ствует дальнейшему протеканию пластической деформации в этих участках, и только при локальной деформации, превышающей 30—35%, при которой образуются зародышевые микротрещины, пластическая деформация локализуется в них, приводя к разруше­ нию образца. Это предположение подтверждается тем, что с уве­ личением средней пластической деформации образцов колебания локальной пластической деформации между близлежащими уча­ стками в литом сплаве увеличиваются.

Количественная оценка микронеоднородности протекания пла­ стической деформации, проведенная по ~ 500 точкам для литого

43

на сопротивляются протеканию процессов межзеренной деформа­ ции. Это способствует концентрации напряжений, особенно в ме­ стах стыка трех зерен, и ускоряет зарождение трещин.

С момента возникновения трещин дальнейшее увеличение от­ носительного удлинения образца AI—12% Mg идет преимущест­ венно не за счет пластической деформации матрицы, а за счет рас­ крытия трещин.

Ниже показана кинетика изменения локальной пластической деформации двух участков одного и того же образца сплава AI — 12% Mg, на одном из которых пластическая деформация протекала без образования оптических видимых трещин, на втором — с об­ разованием микротрещин. Из приведенных данных видно, что после образования трещин на втором участке прирост пластиче­ ской деформации опережает среднюю деформацию образца, а на первом участке — отстает.

Действительно, анализ данных, полученных для разрушаю­ щего напряжения, времени до разрушения (рис. 26) и работы раз­ рушения (см. ниже) литых образцов сплавов с разным содержанием магния, свидетельствует, что, несмотря на увеличение прочностных свойств в них, наблюдается падение времени до разрушения. В связи с этим работа разрушения имеет четкий максимум, соответ­ ствующий содержанию магния 8—9,5%. Особенно ясно это наблю­ дается при замедленных скоростях деформирования.

Работа разрушения литых сплавов алюминия с разным содер­

Таким образом, в литых однородных твердых растворах, как |~и в чистом алюминии, участки повышенной пластической дефор­ мации возникают на ранней стадии деформирования и, не перерас­ пределяясь в процессе дальнейшего деформирования, приводят

кпоявлению в этих местах зародышевых трещин.

Впересыщенных твердых растворах в процессе деформирова­ ния до момента образования трещин происходит перераспределение участков повышенной пластической деформации. С момента возник­ новения трещин пластическая деформация локализуется в участках,

в которых возникли трещины. В связи с этим при дальней­ шем растяжении образцов прирост удлинения происходит пре­ имущественно за счет раскрытия трещин и тем больше, чем выше степень легирования.

44