Файл: Разрушение алюминиевых сплавов при растягивающих напряжениях..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 80
Скачиваний: 1
Рис . 26. Изменение разрушаю щего напряжения (1) и времени до разрушения (2) в за висимости от содержания маг ния в сплаве. Скорость дефор мирования 2 -10~б м/сек
В литых сплавах системы AI—Mg зарождение трещин проис ходит в отличие от чистого алюминия по границам зерен при ло кальных деформациях свыше 25—30% [130].
Чем больше степень легирования алюминия, тем активнее гра ницы зерен способствуют процессу распространения трещин.
Необходимо подчеркнуть, что в литых сплавах, представляю щих собой твердые растворы, так же как и в чистом алюминии, отсут ствуют структурные составляющие, в которых могут зарождаться оптически видимые трещины на ранних стадиях пластической де формации.
Деформированные сплавы
Исследование влияния структуры деформированных сплавов на протекание и особенности процесса пластической деформации изу чалось на примере сплава AI—6 % Mg. В этом сплаве содержание магния соответствует максимальному содержанию его в промыш ленных алюминиевых деформируемых сплавах.
Исследование деформационного микрорельефа (рис. 27) по казывает, что процесс пластической деформации в этом случае характеризуется образованием деформационных складок и наплы вов, свидетельствующих о высокой вязкости матрицы. Образова ние грубых полос скольжения происходит по достижении напря жений, равных пределу текучести образца, аналогично литым спла вам.
В отличие от литого сплава с тем же содержанием магния, де формационные складки преимущественно образуются по объему зерен, в то время как по границам зерен деформация протекает значительно слабее, чем в литом сплаве (что будет подробно по казано ниже). Это объясняется тем, что в рекристаллизованном сплаве границы зерен более прочны, чем объем зерна. Разрушение сплава имеет преимущественно транскристаллический характер.
Электронно-микроскопические исследования, проведенные для дополнительного изучения изменения тонкой структуры деформа ционного микрорельефа, показали, что следы скольжения возни кают в основном в участках, где не наблюдается распада а-твердого
45
раствора (рис. 27, а). В участках, где произошел распад а-твердого раствора, следы скольжения очень тонкие и короткие. В этом, в частности, и проявляется упрочняющее действие магния при дисперсионном твердении.
Субмикротрещины наблюдаются внутри зерен только при сте пенях деформации, близких к разрушению ( е е р = 10—15 %), и распространяются вдоль полос скольжения (рис. 27, б).
Необходимо отметить, что, так же как и в литых пересыщенных AI—Mg твердых растворах, участки повышенной деформации, приводящие к повреждаемости, перераспределяются в процессе деформации (рис. 28), что объясняется наличием деформационного упрочнения металла в этих участках.
Количественная оценка микронеоднородности протекания пла стической деформации, проведенная для деформированного сплава AI—6% Mg, не выявила зависимости изменения ас к от ес р , что и показано ниже.
Е С Р , О / 0 . . . |
8 |
10 |
13 |
15 |
20 |
°о,. %• • • |
7 >3 |
7 -° |
8 >7 |
7 >4 |
7 - 8 |
Приведенные данные показывают, что процесс развития и рас пространения субмикротрещин в этом случае идет замедленно
46
вплоть до образования магистральных трещин, видимых при оп тических увеличениях, т. е. в деформированном, рекристаллизованном материале отсутствуют структурные факторы (границы зерен в литом сплаве), ослабляющие материал и способствующие его преждевременному разрушению.
Итак, в деформированном и рекристаллизованном сплаве A I — 6 % Mg, так же как и в литых сплавах — пересыщенных твердых
растворах, — в процессе |
растяжения наблюдается перераспреде |
ление очагов повышенной |
пластической деформации. |
В отличие от литых сплавов в деформированных сплавах (AI— |
|
6% Mg) зарождение субмикротрещин происходит внутри зерен по |
полосам скольжения, и разрушение имеет транскристаллический характер.
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ
IIA |
ОСОБЕННОСТИ |
ПРОТЕКАНИЯ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ |
И РАЗРУШЕНИЯ |
СПЛАВА AI — 2,2% Си — 1,6% Mg |
|
ПРИ |
ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ |
Для установления влияния структуры на особенности протекания пластической деформации и разрушения при повышенных темпе ратурах в сравнении с комнатной исследовались литой и деформи рованный сплавы AI—2,2% Си—1,6% Mg в термоупрочненном состоянии. Механические свойства сплавов приведены в табл. 4.
Систематические наблюдения за кинетикой деформации при комнатной температуре не выявили принципиального металло графического отличия в этом процессе менаду этими и ранее описан ными двойными сплавами алюминия с магнием.
Исследование деформационного микрорельефа при 300° С ли того и деформированного рекристаллизованного сплава показало, что деформация протекает путем сдвигового механизма, заметной миграции границ зерен при скорости растяжения 2 • 10- в м/сек не обнаружено (рис. 29). В литом сплаве деформационный микро рельеф характеризуется образованием деформационных складок по границам зерен и редкими отдельными полосами скольжения внутри зерна. В деформированном сплаве также наблюдается об разование складок по границам зерен, однако менее глубоких, чем в литом сплаве. Полосы скольжения внутри зерен более часты, чем в литом сплаве, и равномерно распределены по всему объему зерна в отличие от литого металла.
Электронно-микроскопические исследования тонкой структуры деформационного микрорельефа этих сплавов (рис. 30) показали, что в литом сплаве внутри зерен наблюдаются отдельные неглубо кие складки, развитию которых препятствуют продукты распада
а-твердого раствора.
Вдеформированном сплаве наблюдаются тонкие полосы сколь жения, которые также тормозятся продуктами распада твердого раствора, которые располагаются неравномерно, в отличие от
47
литых сплавов, в виде вытянутых участков. Это является, вероятно, следствием более интенсивного распада твердого раствора в по лосах скольжения, образовавшихся в процессе предварительного горячего прессования металла.
Зарождение трещин при температуре 300° С в литом сплаве — интеркристаллитное, в деформированном — зарождение трещин наблюдается как транскристаллическое, так и, несколько неожи данно, интеркристаллическое. Это свидетельствует о равнопроч ное™ в данном сплаве при 300° С объема и границ зерен. Этому, видимо, способствует охрупчивание границ вследствие коагуляции продуктов распада твердого раствора, более интенсивно проходя щего на границах.
Трещины, разрешаемые оптическим путем, наблюдаются при деформации, близкой к разрушению образца, преимущественно в местах стыка трех зерен, что видно на снимке деформационного микрорельефа и на микрошлифе (рис. 31).
Исследование влияния температуры на кинетику разрушения сплавов при одной и той же скорости деформирования показало, что при температуре 300° С процесс разрушения сплавов при до стижении максимального для сплава напряжения резко ускорен по сравнению с разрушением при 20° С (рис. 32). Такое ускорение процесса разрушения как литого, так и деформированного сплава может быть объяснено инициированием роста трещин за счет диф фузии вакансий.
|
|
|
|
Рис . 32. Кинетические кривые |
||
|
|
|
|
изменения напряжения во вре |
||
|
|
|
|
мени при |
растяжении сплава |
|
|
|
|
|
AI—2,2% Си—1,6% Mg |
||
|
|
|
|
При 20° С: |
|
|
|
|
|
|
1 |
— литое |
состояние; |
|
|
|
|
2 |
— деформированное |
|
|
|
|
|
|
при 300° С: |
|
|
|
|
|
3 |
—• литое |
состояние; |
10 |
30 |
SO |
70 |
4 — деформированное |
||
|
время |
мин |
|
|
|
|
Развитие субмикротрещин при высоких температурах проис ходит на порядок быстрее, чем при комнатной температуре. Это должно оказывать существенное влияние на поведение реаль ных сплавов в условиях повышенных температур, в частности на жаропрочность сплавов. Поэтому для работы в условиях повышен ных температур особенно важно иметь в структуре сплавов та кие составляющие, которые могут тормозить развитие трещин.
48
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ ПО ОБЪЕМУ ЗЕРЕН И ИХ ГРАНИЦАМ
Измерение локальной деформации в отдельных участках литых и деформированных сплавов показывает, что деформация проте кает неоднородно по границам и объему зерен. Наряду с участками границ с повышенной локальной деформацией наблюдаются участки с пониженной локальной деформацией.
Для выяснения зависимости распределения деформаций по объему зерен и приграничным областям зерен результаты измере ний деформаций группировали по ~500 реперным точкам в 'за висимости от их положения по отношению к границам зерен. Так как микроучастки, приходящиеся на границы зерен, вклю чают частично и приграничные области, все микроучастки вдоль реперной линии были разделены на две группы: находящиеся в объеме зерен и находящиеся на границах зерен или в пригранич ных областях.
Измерения проводились через 20 мкм при деформировании при комнатной температуре. Статистическая обработка получен ных замеров в малолегированных твердых растворах литых спла вов с 1,5 и 3% магния не выявила четкой зависимости распреде ления деформаций по объему и приграничным областям.
Статистическая обработка полученных замеров в пересыщен ных твердых растворах (на примере литого сплава AI—9,5% Mg) показала, что распределение деформаций по объему зерен характе ризуется меньшим разбросом деформаций по различным микро участкам, чем по приграничным областям.
Вычисления среднеквадратичного отклонения локальных де формаций по границам и объему зерен в сплаве AI — 9,5% Mg показаны ниже и свидетельствуют, что з е т границ больше о с х объема зерен.
|
|
|
|
|
|
Среднее |
|
9,6 |
12,0 |
9,8 |
5,9 |
13,2 |
10,05 |
|
5,6 |
7,9 |
7,1 |
5,3 |
13,3 |
8,0 |
. |
7,6 |
9,95 |
8,45 |
5,75 |
13,25 |
9,0 |
Это подтверждает высказанную ранее мысль, что повышение степени легирования а-твердого раствора литых сплавов приводит к повышению неоднородности протекания пластической деформа ции по границам зерна по сравнению с объемом зерен, облегчая зарождение трещин по границам.
В деформированных сплавах, как в горячекатаных (AI—6% Mg), так и в закаленных и искусственно состаренных (AI—2,2% Си—1,6% Mg), распределение неоднородности протекания дефор мации меняется. Распределение деформаций по объему зерен ха рактеризуется несколько большими значениями, чем по границам (табл. 5), хотя абсолютные значения локальных деформаций в де формированных сплавах в два раза ниже, чем в литых сплавах,
4 Разрушение алюминиевых сплавив