Файл: Папиров И.И. Пластическая деформация бериллия.pdf

критических напряжений сдвига для призматического и пира­ мидального скольжений.

Изменением характера межатомных связей можно объяснить и влияние примесей внедрения на свойства переходных метал­ лов •—титана, циркония и гафния. Эти примеси могут усиливать ковалентные (или ионные) связи и таким образом способствуют охрупчиванпю этих металлов. Что касается легирования Be, то возможности этого метода повышения его вязкости ограниче­ ны из-за низкой растворимости почти всех элементов в металле..

отмечалось, что пластичность металлов перед разрушением и- вязкость имеют разную природу, и поэтому методы повышения1 этих характеристик могут оказаться неодинаковыми. Пластич­ ность Be можно увеличить его рафинированием, удалением включений вторичных фаз, измельчением зерен, созданием тек­ стур и т. д. Хотя некоторые из перечисленных методов одновре­ менно способствуют также и росту вязкости, эта проблема выходит за рамки рассмотрения только деформационных эффек­ тов. С физической точки зрения вязкость разрушения непо­ средственно связана с сопротивлением металла распростране­ нию трещин. Существуют многочисленные критерии переходатрещины в лавинную стадию роста и методы оценки вязкости? разрушения материалов [13, 78—80]. Однако, к сожалению,, вопрос о вязкости разрушения бериллия и факторах, влияющих: на рост трещин, изучен недостаточно. Лишь в последние годы'

рушения, выражаемая через коэффициент интенсивности напря­

•В течение продолжительного периода основные усилия были на­

ний и чистоты металла. Проблема разрушения при этом спе­ циально не изучалась, а рассматривалась как одно из следствий явления пластической деформации. Между тем процесс движе­

трещины, но и от других факторов, задерживающих ее рас­ пространение. В конечном счете разрушение зависит от взаимо­ связи между энергоемкостью разрушения и скоростью движе­ ния трещины. При малых скоростях распространения трещины

.потери на пластическую деформацию у ее вершины велики, но с повышением скорости они уменьшаются по меньшей мере •обратно пропорционально квадрату скорости. Поэтому если ка- ••ким-либо другим способом обеспечить торможение трещины, то усилие, необходимое для ее распространения, возрастет и для •нового разгона потребуется энергия, достаточная для релакса­ ции внешнего напряжения [13]. Другими словами, проблема хрупкости — это в значительной мере проблема торможения трещины перед лавинной стадией ее роста.

Существующие возможности торможения трещин проанали­ зировал В. М. Финкель [13]. Эти методы, на которых мы здесь не будем подробно останавливаться, можно разделить на две группы. К первой группе относятся методы создания специфи­ ческих напряженных состояний, вынуждающих стабилизировать даже быстро растущие трещины. Ко второй, представляющей для нас больший интерес, относятся методы торможения' трещин в гетерогенных материалах. Ни в том, ни в. другом Случае

щин являются мягкие линейные включения, расположенные по­ перек направления распространения трещины. На поверхности раздела между хрупкой матрицей и мягким включением напря­ жения у вершины трещины частично или полностью релаксируют, что ведет к торможению либо к полной остановке тре­ щины. Систематически роль включений в проблеме торможения трещин и повышения вязкости разрушения рассмотрел Пью [18]. Здесь мы ограничимся несколькими примерами, иллюстри­ рующими возможности этого метода.

В сталях с перлитной структурой, характеризующейся нали­ чием чередующихся слоев феррита (a-Fe) и цементита (Fe3 C),

трещины в ферритной фазе при Г < Г Х легко распространяются в цементитнуго фазу без торможения. Измельчение перлита не­ позволяет повысить вязкость материала, несмотря на увеличение числа межфазных границ. Однако термообработка, вызывающая сфероидизацию частиц цементита, приводит к заметному сниже­ нию предела текучести и к увеличению вязкости стали. Следо­ вательно, в гетерогенных материалах вязкость определяется не­ только наличием включений, их «мягкостью» и величиной, но и в значительной мере формой. Хотя роль неметаллических включении в стали, в частности при взаимодействии их с тре­ щиной, недостаточно однозначна, имеются прямые доказатель­

скоростях движения трещины (-~50 м/сек) включения дейст­ вительно тормозят ее. Оптимальный эффект наблюдается при размерах частиц золота 1 мкм и расстоянии мел-еду ними 10 мкм..

В. М. Финкель и др. [13, 109] наблюдали торможение бы­ стрых трещин двойниковыми прослойками в трансформаторной стали. Опыты показали, что макротрещина, движущаяся соскоростью 1000 м/сек, приостанавливается, преодолев всего- 100—150 двойников. Пью [18] на основании анализа опытов по> взаимодействию трещин с препятствиями сделал вывод, что пу­ стоты и несмачиваемые включения могут явиться эффективны­ ми барьерами для распространяющихся трещин даже в таких хрупких материалах, как стекла. Торможению трещин могут содействовать также всякого рода границы раздела, в том числе границы, создаваемые за счет других трещин, расположенных, в плоскостях, перпендикулярных к плоскости движущейся тре­ щины. Все эти наблюдения показывают, что в условиях, когда

влиять на вязкость разрушения материала путем создания спе­ циальной гетерогенной структуры.

Этой идее до сих пор не уделялось должого внимания. Меж ­ ду тем имеются многочисленные косвенные свидетельства, чтоее развитие должно способствовать повышению вязкости берил­ лия. Так. известно, что ударная вязкость композиционных мате­ риалов Be—А1 резко возрастает [ПО, 111]. Однако даже для' этих материалов практически отсутствуют сведения о зависи­ мости характеристик движения трещины от состава и особенно­ стей структуры материала. Без этого невозможно создание ма­ териалов с оптимальными характеристиками.

Совершенно не изучена зависимость вязкости разрушения бериллия от содержания ВеО, а также от формы п распреде­ ления включений окиси. Между тем не исключено, что даже- «естественное легирование» бериллия окисью может оказаться эффективным способом повышения вязкости разрушения. Мы:

полагаем, что при оптимальных условиях (содержание ВеО. форма и размер частиц включении, пористость) возможно за­ метное увеличение вязкости. Эффективным может оказаться со­ здание композиционных материалов на основе бериллия с мел­ кими шаровидными включениями вторичных фаз (например, А1). Хотя сейчас трудно предвидеть все возможные способы повы­ шения вязкости разрушения бериллия, ясно, что наряду с изу­ чением чистого бериллия и с дальнейшим анализом характери­ стик его пластической деформации большее внимание следует уделять исследованию процессов образования и роста трещин в существующих материалах и разработке новых материалов, об­ ладающих максимальным сопротивлением распространению трещин.

Л И Т Е Р А Т У Р А

7Deruyttere A., Greenough G. B. Nature, 1953, 172, p. 170; J. Inst. Metals, 1956, 84. p. 337.

АН СССР» . 1959, 124, с. 307.

13.Финкель В. М. Физика разрушения. М., «Металлургия», 1970.

с. 88.

18.Pugh S. F. Brit . J . Appl . Phys., 1967, 18, p. 129.

19.Колмогоров В. П. Напряжения, деформации, разрушение. М., «Металлур­ гия», 1970.