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

172, 176J. Увеличение степени деформации при гидроэкструзии приводит к уменьшению размеров ячеек (обычно до 1—2 мкм) и к снижению плотности дислокаций внутри ячеек [171]. Воз­ можно, формирование ячеистой субструктуры при гидроэкстру­ зии облегчается в результате активации переползания дислока­ ций. На это косвенно указывает тот факт, что при обычных ус­ ловиях деформации ячеистая субструктура образуется при существенно более высоких температурах [172].

Гпдроэкструдированный бериллий с ячеистой субструктурой оказывается хрупким (см. рис. 5.9, а) из-за высокой плотности дислокаций внутри ячеек. Возможно, этот неблагоприятный эффект можно устранить увеличением температуры и степени деформации.

5.3.7. Механизмы влияния давления на свойства бериллия. Повышение пластичности металлов при гидростатических дав­ лениях объясняют причинами механического и физического ха­ рактера. К первым относится изменение напряженного состоя­ ния за счет внешнего давления, ко вторым — особенности по­ ведения дислокаций и дислокационной структуры материала при деформации в гидростатических условиях (см. п. 5.3.6).

Рассмотрим вначале факторы механического характера. Увеличение пластичности материалов под давлением Бридж-

мен [138] объясняет затруднением образования микротрещин и пор. Д. К- Булычев и др. [176] действительно наблюдали за­ лечивание микротрещин в области шейки предварительно деформированных медных образцов в процессе их дальнейшей деформации под давлением. Тем не менее гипотезу задержки зарождения микротрещин под давлением нельзя считать доста­ точно обоснованной. Например, у бериллия мпкротрещипы воз­ никают при деформации под давлением и отсутствуют в обыч­ ных условиях (см. п. 5.3.3). Поскольку увеличение давления не сопровождается существенным изменением касательных на­ пряжений, то оно не должно сказываться на зарождении микро­ трещин. К аналогичному выводу приводит теоретический анализ процесса разрушения [154].

Согласно существующим представлениям, хрупкость мате­ риалов вызвана тем, что при нагружении нормальные напря­ жения превышают критическую величину прежде, чем касатель­ ные могут вызвать пластическое течение. Приложение внешнего давления увеличивает отношение т/о, и поэтому высокие внеш­ ние давления способствуют пластическому течению, задерживая разрушение [130, 131, 133]. Другими словами, внешнее всесто­ роннее давление способствует уменьшению нормальных напря­ жений относительно касательных, затрудняет распространение трещин и тем самым способствует увеличению пластической деформации до разрушения.

Этот в общем правильный подход нуждается в конкретиза­ ции, потому что он не объясняет причин существенных различии

зависимости пластичности от давления для разных материалов или разных состояний одного материала. Большинство исследо­ вателей связывает такие различия с особенностями влияния давления на рост трещин по разным механизмам [141J.

Механический анализ процессов деформации и разрушения материалов под давлением не исчерпывает сложной природы рассматриваемого явления. Значительную роль при этом играют также и физические факторы, однако из-за ограниченного коли­ чества экспериментальных данных большая часть физических моделей носит предположительный характер.

При всестороннем сжатии анизотропных кристаллов (в том числе и бериллия) происходит изменение соотношения периодов решетки с/а и, следовательно, некоторое изменение характера сил связи. Это может привести к изменению критических напря­ жений сдвига в разных кристаллографических системах. Дейст­

Повышение давления, способствуя росту разрушающих на­ пряжений, вызывает также появление пирамидального скольже­

[37, 50, 51] (см. п. 5.3.5). Хотя нет оснований связывать рост пластичности бериллия под давлением с активацией пирами­ дального скольжения, этот фактор, по-видимому, следует рас­ сматривать как сопутствующий. В работе [149] медленное уве­ личение пластичности порошкового металла с ростом давления объясняют тем, что пирамидальное скольжение возможно лишь при высоких напряжениях. Между тем у литого металла плас­ тичность возрастает уже при относительно низких давлениях. Поэтому вывод о том, что скачок пластичности под давлением связан с активацией пирамидального скольжения, неоднозначен. Увеличение давления не приводит к изменению характера раз­ рушения, чего следовало ожидать при развитом пирамидальном скольжении. Ни обработка давлением, ни предварительная де­ формация под давлением не приводят к уменьшению темпера­ туры перехода из хрупкого состояния в пластичное [149].

Некоторые авторы [155, 177] объясняют изменение механи­ ческих свойств материалов после обработки давлением увели­ чением числа возможных активных источников дислокаций. Эти источники могут быть связаны с частицами вторичных фаз. у которых сжимаемость отличается от сжимаемости зерен металла.

В работе [178] высказано предположение, что обработка давлением сказывается на структуре источников у границ зерен, и после обработки давлением облегчается передача скольже­ ния через границу.

Пью [179] связал изменение пластичности металлов под дав­ лением с их упрочнением. Согласно предложенной им гипотезе, металлы с низким коэффициентом упрочнения увеличивают пластичность под давлением скачком, а материалы с высоким коэффициентом упрочнения имеют линейную зависимость плас­ тичности от давления.

Мы полагаем, что различие свойств литого и порошкового бериллия под давлением, в частности различный ход зависи­

Увеличение предела текучести бериллия после обработки давлением или предварительной деформации под давлением

видов дефектов в упрочнение бериллия окончательно не вы­ яснен.

Уменьшение пластичности бериллия в обычных условиях после предварительной деформации под давлением также яв­ ляется результатом его упрочнения под давлением. В этом слу­ чае напряжение течения в процессе преддеформации оказы­ вается выше разрушающего напряжения в нормальных ус­ ловиях.

бериллия начали изучать сравнительно недавно. Из-за отсутст­ вия подходящих травителей определить подвижность индиви­ дуальных дислокаций в кристаллах бериллия до сих пор не удалось. Поэтому для вычисления энергии активации и акти­ вационного объема пластического течения используют скорост­ ную и температурную зависимости напряжения течения, а также релаксацию напряжений [14, 39, 180].

Металлы с г. п. у.-структурой обладают несколькими систе­ мами скольжения, причем механизмы, контролирующие разные виды деформации, неодинаковы. Это затрудняет анализ пласти­ ческой деформации поликристаллов, поведение которых может в значительной степени меняться в зависимости от природы (главным образом от способа получения и структуры) и содер­ жания примесей, текстуры, условий испытания материала и т. д. Тем не менее в последние годы группами Сестри [181 —185] и Конрада [186—189] выполнена серия работ по определению активационных параметров и механизмов деформации поликри­ сталлических Cd, Zn, M g , Zr и Ті. По мнению Сестри и др.

[181 —183], пластическая деформация первых трех металлов контролируется тем же процессом, что и базисное скольжение в монокристаллах, а. именно пересечением скользящих дисло­ каций и дислокаций леса. Хотя природу процесса, ответствен­ ного за базисное скольжение Cd, Zn и M g , нельзя считать окон­ чательно выясненной, тем не.менее имеется удовлетворительное соответствие между характеристиками пластического течения поликристаллов и параметрами базисного скольжения моно­ кристаллов.

Результаты исследований поликристаллов Ті и Zr противо­ речивы. Конрад с сотр. [186—189] и другие авторы [190, 191J считают, что скорость пластической деформации этих металлов при Г < 6 0 0 ° К контролируется термически активированным пре­ одолением дислокациями внедренных примесных атомов, т. е. процессом, определяющим призматическое скольжение соот­ ветствующих монокристаллов. С другой Стороны, Сестри с со­ авторами [184, 185] па основе детального анализа возможных механизмов деформации Zr и Ті пришли к выводу о преоблада­ нии механизма Пайерлса—Набарро. В работах [192—196] сообщается о наличии двух термически активированных про­

дованиях показано, что в области температур 300—600°К тече­ ние определяется единственным процессом (либо взаимодейст­ вием дислокаций с примесями внедрения, либо механизмом

скорость деформации контролируется диффузионным процессом (скорее всего переползанием дислокаций [193]).

Активационные параметры и природа пластической деформа­ ции поликристаллнческого бериллия изучены Конрадом и Куком [39] и авторами книги [180]. В первой работе исследовано влияние температуры и скорости деформации на напряжение

тур 300—800° К определяется тем-же процессом, что и призма­ тическое скольжение в монокристаллах бериллия, а именно пре­ одолением движущимися дислокациями примесных атомов либо

зависимостью напряжения сдвига для пирамидального сколь­ жения. По данным этой работы активационный объем в об­ ласти температур 300—628°К слабо меняется и составляет 123—458 bs, а энергия активации линейно возрастает с темпе­ ратурой до величины # о = 1 , 8 эв при 7'о = 8500 К. Отметим, что

температура перехода Го выбрана на основе анализа экспери­ ментальных данных других работ и предположения о смене преобладающего призматического скольжения пирамидальным скольжением. Далее будет показано, что величины Г0 и, следо­ вательно, #о в работе [39] завышены.

Более подробное исследование природы пластической дефор­ мации поликрнсталлического бериллия было предпринято в ра­ боте [180]. В качестве образцов использовано несколько сортов литого и металлокерамического деформированно­

ко во всех случаях величина Го оказывается значительно ниже 850° К.

Температурная зависимость энергии активации для несколь­ ких сортов бериллия приведена на рис. 5.21. Хотя абсолютные значения величины Н у разных образцов различаются, однако полная энергия активации Но, полученная экстраполяцией к 7"о, обычно равна 1,4—1,6 эв. Эти значения несколько ниже вели­ чины #о=1,8 эв [39], однако если принять 7, 0 =680°К, то соот­ ветствие результатов вполне удовлетворительное.

Что касается механизма, контролирующего скорость дефор­ мации в области 1, то экспериментальные данные удовлетвори­ тельно согласуются с моделью взаимодействия дислокаций с