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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 112

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

<ния тК р, Конрад и Перлмюттер [14] предположили, что величина Ку у бериллия связана с генерированием пирамидальных дисло­ каций, причем в случае металла с произвольной ориентацией кристаллитов для передачи скольжения требуется большее ко­ личество пирамидальных дислокаций.

Так как границы зерен препятствуют скольжению на раз­ личных стадиях деформации, напряжение течения при опреде­ ленной деформации о (є) также должно зависеть от размера

кристаллитов. Соотношение

между напряжением течения а (є)

•и размером зерна имеет

вид, аналогичный виду

уравнения

Холла — Петча:

 

 

 

о(г)

=

о',+К'у<Г,и.

(5.7)

Это уравнение обычно удовлетворительно согласуется с экспе­ риментальными данными. При анализе уравнения (5.7) необхо­ димо учитывать, что в процессе деформации дислокационная •структура и ориентация кристаллитов непрерывно меняются (повышается плотность дислокаций и образуются дислокацион­ ные стенки).

Коэффициенты а'і и К'у по своей структуре и величине суще­ ственно отличаются от коэффициентов уравнения Холла — Пет­ ча. Принимая во внимание, что по крайней мере на ранних

стадиях

деформации

а(е) = М а 5 = М ( о г + / С м с Г 1 / 2 ) ,

:можно

с

уче­

том уравнения

(5.7)

записать,

что К'у=МКу,

а а\ =М<л.

Из

вы­

ражения

(5.5)

следует, что Ку =ModLU2,

и

тогда

для констант

уравнения (5.7) справедливы

выражения:

 

 

 

 

 

 

Ку = M\L4'-

и а] =

Mat.

 

 

 

(5.8)

Здесь Gi соответствует приведенному напряжению сдвига в мо­ нокристалле.

Выше предела текучести кривая напряжение — деформация

может быть описана следующей зависимостью:

 

or(e) =

ff(0)+AeV»,

(5.9)

где а (є)—напряжение течения;

а(0)—напряжение,

соответст­

вующее нулевой пластической деформации (это напряжение, по Конраду, удовлетворительно согласуется с пределом пропорцію-

нальности и находится

методом экстраполяции); h — коэффи­

циент, отличающийся

от коэффициента упрочнения

K=do/ds.

Зависимость (5.9) характерна, например, для титана в широкой области деформации [38], а также для деформированного берил­

лия

[39]. Изменение напряжений течения от деформации

для

двух

сортов бериллия, полученных

высокотемпературной

про­

каткой и

осадкой металлокерамнческого. бериллия повышенной

чистоты,

представлене на рис. 5.2.

Экспериментальные

точки

удовлетворительно укладываются на прямые линии в координа­ тах а—є1/2. Величина о(0) уменьшается с температурой; у про-

16 Зак. 54

241

катанного металла она выше, чем у осаженного. Коэффициент к

у обоих сортов металла изменяется соответственно

от 70 кГ/мм2

при 20° С до 30 кГ/мм2 при 300° С,

что в принципе

свидетельст­

вует об одинаковом механизме упрочнения.

 

Уменьшение

величины

зерна

сопровождается

изменением

коэффициента

упрочнения

K = dald%.

По

нашим данным, полу­

ченным

при исследовании деформированного металла высокой

степени

чистоты [24], зависимость

К

от

d относительно слабая;

\зоо°к

 

0

0,1

 

0,2

 

 

0,3

 

Є%т

 

Рис. 5.2. Зависимость истинных напряжении те­

 

чения

Оцет от

истинной деформации

є „ с т (є =

 

 

= 0,04

мин~')

и

температуры

испытании

\39]:

 

 

1

— прокатанный

бериллии;

2 — бериллий ,

д е ф о р м и р о в а н ­

 

 

 

 

 

ный

о с а д к о й .

 

 

 

 

 

 

с увеличением размеров

зерен от

31

до

116

мклі

коэффициент

упрочнения

при

20° С

изменяется

соответственно

от

390 до

450 кГ/мм2

(при

е = 0,1%). С увеличением є

значение К

умень­

шается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параболическое соотношение между о и є выполняется в том

случае, когда плотность дислокаций возрастает линейно

с де­

формацией^ или когда деформационное упрочнение

пропорцио­

нально У р (р — плотность дислокаций). В этом случае h =

aGbAr

где а = 0,5, А — константа пропорциональности

между р и є [38].

Зависимость напряжений течения от плотности

дислокации

(по крайней мере, для Ті [38])

также

имеет

вид,

аналогичный

уравнению (5.9). Учитывая

то обстоятельство,

что в области те­

чения

 

 

 

 

 

 

 

р' / г = р ; / ' +

А&И

-

р'2'"- +

Ed'4'}

 

 

(5.10)

Джонес и Конрад [38] нашли

следующую зависимость

между

гт(г), р и d:

 

 

 

 

 

 

 

а (є) = (оп_н -[- aGbp'J')

-|- aGbBcT4:

 

 

(5.11>

Уравнение (5.11) представляет собой не что

иное, как

уравне­

ние Холла •—Петча для напряжений течения

(5.7), в

котором

Ос = оп - и

+ aGbp2',

 

(5.12)

K'„ =

aGbB.

 

(5.13)

Хотя физическая природа влияния размера зерна на напря­ жение течения и особенно на предел текучести до конца не вы­

яснена, из

уравнения

(5.12) следует, что это влияние

связано

с разной плотностью

дислокаций, генерируемых в образцах с

различным

размером

зерна.

 

Как отмечалось ранее, коэффициент К'у увеличивается с ро­

стом деформации и при разрушающих напряжениях ар

харак­

теризует склонность металла к разрушению. Зависимость раз­ рушающих напряжений от размера зерна определяется соотно­ шением Петча — Стро [40, 41]:

op*=o0 + Kp(Tlf'.

(5.14)

Как и соотношение (5.3), это уравнение выведено эмпирически путем обработки экспериментальных результатов, однако его также можно интерпретировать на основе дислокационных пред­ ставлений о разрушении.

60

4 і

J

 

8 7 .

 

40

X

5:

 

г:

 

 

20

/в

мм**

Рис. 5.3. Влияние размеров зерен в бериллии на разрушающее напряжение при 20° С:

/ — горячепрессованный

бериллий

п р о м ы ш л е н н о й

чистоты,

с о д е р ж а щ и й

от

3,3

д о

5 , 3 %

В е О [23];

2 — горячепрессован ­

ный м е т а л л

п р о м ы ш л е н н о й

чистоты |71:

3 — то

ж е

 

после

в ы ­

д а в л и в а н и я ;

4—листы,

полученные

прокаткой

горячепрессо-

ванного

промышленного

металла

[12]; 5 — л и с т ы ,

полученные

прокаткой горячепрессованного

электролитического

металла

[21]; 6 — листы,

полученные

прокаткой

слитков

электролити ­

ческого

металла

чистотой 99 . 6%

[16];

7 — горячепрессованный

м е т а л л

с относительно б о л ь ш и м

с о д е р ж а н и е м В е О

[18|;

8—ли­

сты, полученные

осадкой и прокаткой слнтков дистиллиро ­

 

ванного

металла

чистотой

~

99 . 9%

[24].

 

 

Зависимость разрушающих напряжений и предела прочности от размеров зерен неоднократно исследовалась для бериллия. Результаты этих исследований приведены на рис. 5.3. Значения коэффициентов оо, КР и отношения KpfE приведены в табл. 5.2.

Т а б л и ц а 5.2

Параметры з„ » Ар в уравнении Петча — Стро (5.14) для металлов с г.п.у.- структурой

 

Способ обработки

 

 

_-

 

Г?

 

о.

 

с

 

3

 

С"

 

•=:

 

 

 

 

 

 

 

Л

 

 

 

 

 

 

'<

 

 

 

 

 

>,

 

о*

 

 

 

Си

ь

 

 

 

 

°

 

а.

 

CJ

 

 

 

 

 

g

к 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cd

Теплая

прокатка

Произволь­

78

0,2

6,3

4,7

8,4

[14]

 

и отжиг

 

ная

 

0

 

3,37

 

[14]

Z n

Выдавливание

—

78

0

3,1

 

То

же

 

—

293

0,1

4,7

4,74

4,5

[14]

M g

Прокатка,

 

—

78

0,02

4,2

2,8

6,2

[14]

 

отжиг

 

 

300

 

10

10

3,4

[12]

Be

Прокатка

Сильная

0 , 2 - 0 , 8

 

 

 

 

базисная

300

0,02

10

 

1

 

 

Прессование

Произволь­

2,98

[12]

 

Выдавливание

ная

300

0,04

10

6,85

2,3

 

 

Базисная

[7]

 

Прокатка

электро­

»

300

—

0

8,9

3

[16]

 

литического

»

273

—

0

8,9

3

[16]

 

То

же

 

 

»

 

»

373

—

0

7

2,4

[16]

 

Горячее

прессова­

Произволь­

300

0,01 —

13

3,6

1,2

118]

 

ние магниетерми-

ная

 

0,03

 

 

 

 

 

ческого

 

 

300

0,01 —

7

3,6

1,2

[18]

 

Горячее

прессо­

 

 

вание дистилли­

 

 

0,03

 

 

 

 

 

рованного берил­

 

 

 

 

 

 

 

 

лия

 

 

300

0 , 0 1 —

18

2,3

0,8

[18]

 

Горячее

прессо­

 

 

вание мелкозер­

 

 

0,03

 

 

 

 

 

нистого

бериллия

 

 

 

 

 

 

 

 

с повышенным

 

 

 

 

 

 

 

 

содержанием

ВеО

—

300

 

14,2

4,17

 

[24]

 

Деформация

слит­

0,08

1,4

 

ка высокой

чис­

 

 

 

 

 

 

 

 

тоты

 

 

 

 

 

 

 

 

Большая часть экспериментальных результатов (без учета кри­ вых 5 и б на рис. 5.3, вообще выпадающих из рассмотрения) указывает на то, что со не зависит от текстуры металла и со­ ставляет 12—15 кГ/мм2. Сравнение кривых 8 (для текстурированного металла чистотой 99,9%) и 7 (для изотропного метал-

локерамлческого бериллия с малым содержанием примесей металлических элементов и большим содержанием ВеО) с кри­

выми 2—4

(для бериллия технической чистоты с высокой кон­

центрацией

ВеО)

показывает, что величина

0 О слабо

зависит от

содержания

примесей.

Однако, по

данным

работы

[18], такая

зависимость

все

же имеет

место.

Об

этом

свидетельствуют и

кривые / и 7 на

рис. 5.3.

Конрад

и Перлмюттер [14] полагают,

что величина Со у бериллия связана

с критическим

напряже­

нием сдвига

в плоскости

призмы

I рода.

Действительно,

Go/2=6-^8

кГ/мм2, что

хорошо согласуется

с величиной Т(1 0 т0 )-

В пользу этого предположения свидетельствует и относительно слабая зависимость во от содержания примесей.

Константа Кр зависит от текстуры бериллия: минимальное значение (2—3 кГ/мм )" соответствует металлу с изотропной структурой, полученному горячим прессованием порошков (см. кривые. 2 и 7 на рис. 5.3), а максимальное (до 10 кГ/мм31')—• сильно текстурированному металлу (см. кривые 3, 4 на рис. 5.3). Увеличение деформации до разрушения приводит к росту Кр-

По мнению авторов работы [14], низкое значение Кр у берил­ лия с изотропной структурой при 20°С объясняется тем, что та­ кой металл разрушается хрупко, а именно — сколом по базисной плоскости. Наоборот, более высокие значения Кр у деформиро­ ванного металла (при испытании его вдоль направления про­ катки, ковки и т. д.) объясняются разрушением его по плоскости призмы I I рода.

То обстоятельство, что Кр у бериллия с изотропной структу­ рой связано с разрушением по базисной плоскости, между тем

как

ао близко к значению 2т(1 0 г0 ),еще

не

свидетельствует о

не­

состоятельности указанного

предположения [14]. Дело

в том,

что

при

наличии

границ

зерен

возможно

образование

скоплений

у границ, что

приводит к разрушению

по

механизму

Стро [30]:

 

 

 

 

т ^+(тТ-

 

 

(5Л5)

Считая

L = d/2

(здесь d — размер зерна),

G « 13,5-10й дин/см2,

можно

получить

для

горячепрессованного

металла

у »

— 900 эрг/см2,

что удовлетворительно согласуется

с энергией

за­

рождения и распространения трещин в базисной плоскости [42].

Отношение К-р/Е у Be составляет (14-3,5) -104 мми~. Эта ве­ личина ниже, чем у M g и Cd и сравнима с данными для Zn . Отметим, что характер разрушения Zn и Be действительно имеет много общего.

Сведения о температурной зависимости коэффициентов урав­ нения Петча — Стро ограниченны. По нашим данным, полу­ ченным при растяжении образцов бериллия высокой степени чистоты с базисной текстурой, благоприятной для деформации скольжением по плоскостям призмы {1010} [24], Оо сначала сла-

Смотрите также файлы