Файл: Чашников Д.И. Деформируемость судостроительных сталей при обработке давлением.pdf

Температура, при которой наблюдается явление сверхпластич­ ности на мелкозернистых металлах, не имеющих фазовых превра­ щений, составляет 0,5—0,7 температуры плавления. Для;сверх­ пластичности превращения максимальное т и наибольшая дефор­ мация наблюдаются при температуре, близкой к точке эвтектического или эвтектоидного превращения Тп (рис. 22, заштрихованная об­ ласть).

Для получения больших деформаций методом циклического -де­ формирования [67 ] образец (с термодинамической стабильной струк­ турой) нагружают путем при­ ложения небольшого усилия и подвергают [циклическим на-

гревам и охлаждениям в пределах температур фазового превраще­ ния. При этом моменты прямого и обратного фазовых превраще­ ний сопровождаются определенной пластической деформацией. За каждый'термоцикл с нагружением в отличие от ненагруженного об­ разца происходит удлинение образца, которое вызывается меньшим сжатием при образовании одной из фаз и большим удлинением во время образования другой фазы (рис. 23). Если построить зависи­ мость суммарного удлинения 8Ц за цикл от прилагаемой нагрузки при Гц — const, то для заданного значения напряжения опр по­ лучается линейная зависимость (рис. 24):

бц = а + Ьа.

* Такая линейная зависимость является общей для опытов с ме­ таллами, обладающими, сверхпластичностью превращений, причем не только при нагружении растяжением, но также и сжатием, и кручением.

На явление сверхпластичности оказывает влияние изменение температурного интервала (о = const). Если поддерживать постоян­ ным нижний предел термоцикла Гт1п и изменять температуру в большую сторону к Ггаах, то сверхпластичность превращения на-

76

ступит лишь после того, как Ттах превзойдет температуру фазового превращения Г 2 (рис. 25, а ). Если поддерживать, постоянным верх­ ний 'предел термоцикла Tmax и определять суммарное удлинение за цикл бц в зависимости от уменьшения температуры Tmln, то

максимальное удлинение за цикл обнаруживается после перехода через температуру фазовогопревращения Т г (рис. 25, б ).

После определенного количества циклов теплосмен получают большую суммарную деформацию (рис. 26) как для металлов с фа-

а)

зовым превращением, так и для металлов, имеющих очень мелкое зерно. Однако в последнем случае отсутствует ярко выраженная зависимость напряжения течения (сопротивления деформированию) от скорости деформации и величины зерна. ^

Для сверхпластичности превращения существует такой крити­ ческий интервал температур, превышение которого уже не приводит к снижению прочности, а вызывает некоторое ее повышение. Это

77

обусловлено тем, что температура испытания превышает температуру фазового превращения; явление увеличения прочности называют «инверсией» прочности. Наибольшие значения коэффициента чув­

которые несколько ниже температуры начала фазового превращения. Доказательства о возможности практического получения высо­ ких показателей пластичности при ползучести под облучением дают эксперименты, проведенные Никольсом [68] на сплаве циркалои. При температуре около 0,3Гпл в интервале напряжений между пределами текучести облученного и необлученного металла наблю­ дается сверхпластичность в условиях ползучести под действием нейтронного облучения. Предполагается, что механизм, контроли­ рующий деформацию в этом состоянии, представляет собой явление ускоренного восхождения дислокаций при облучении металла, состоящего из скоплений дислокаций вблизи препятствий, возник­ ших при нейтронном облучении. Многоплановость и сложность механизма „ползучести при воздействии нейтронного облучения также подтверждается и другими данными, полученными этим

автором.

О ПИСАНИ Е ФЕНО М ЕНОЛОГИЧЕСКО ГО ПОВЕДЕНИЯ С В Е Р Х П Л А С Т И Ч Н Ы Х МАТЕРИАЛОВ

Деформацию при сверхпластичности, характеризуемую Р. Ко­ том и Ф. Вайсом как ползучесть с высокой скоростью при напря­ жениях ниже предела текучести, можно описать известным урав­ нением второй стадии ползучести:

Для описания поведения сверхпластичных металлов можно использовать коэффициент чувствительности сопротивления дефор­ мации к изменению скорости деформации.

Установлено, что при растяжении в условиях сверхпластичного течения локальное уменьшение поперечного сечения отсутствует в том случае, если усилие, необходимое для продолжения деформа­ ции, оказывается в ослабленном сечении выше, чем в соседнем не­ ослабленном. Действительно, пусть при одноосном растяжении в момент времени і = t0 образец имеет равномерную по всей своей длине площадь поперечного сечения F0, за исключением небольшого участка, имеющего утолщение площадью F0 + ÖF0. Напряженное состояние будем рассматривать как линейное, действием радиальных составляющих напряжений пренебрегаем вследствие их малости, деформацией в зоне утолщения тоже можно пренебречь по сравне­ нию с деформацией остальной части. Тогда, учитывая, что изменения объема не происходит:

78

<

можно записать скорость деформации в равномерной зоне равной

Так как сила, действующая на образец, имеет одну и ту же ве­ личину по всей длине, ослабление за счет сокращения поперечного

- получим выражение

(8)

которое называют условием устойчивой равномерной (без образова­ ния шейки) деформации образца при растяжении.

Следовательно, в силу условия (8) шейка не будет развиваться, если величина ба/бе или в дифференциальном виде da/d& будет стремиться к бесконечности. Другими словами, металл будет на­ ходиться в состоянии сверхпластичного течения, когда приложенное внешнее усилие вызывает в образце высокие внутренние напряже­ ния, не зависящие от приложенной силы.

В то же время, если принять коэффициент чувствительности т постоянным, то для утолщенной зоны закон поведения (1) полу­

Из выражения (11) следует, что при m < 1 должна возникать шейка, которая при этих условиях будет развиваться со ско-

79

щению или замедлению развития шейки способствует не только увеличение напряжения в зоне шейки у сверхпластичных металлов, но и сама нестабильность процесса деформирования, когда скорость утонения образца становится наибольшей в наиболее узком сечении.

Другими словами, отсутствие шейки объясняется тем, что при растяжении образца в точке зарождения шейки возрастает местная скорость деформации, что приводит к упрочнению металла в этом месте и форсированному росту напряжений. Вследствие этого де­ формация переместится к местам с меньшей прочностью, и толщина этого участка станет равной толщине других участков образца. Частичное вязкое поведение сверхпластичных металлов не задержи­ вает момент возникновения неравномерности деформации при растя­ жении, но замедляет скорость ее развития. Если металл деформи­

Из этого выражения, пренебрегая неравномерностью деформации по длине и учитывая условие (2) — постоянство объема при дефор­

или

Отношение bF/F называют, мерой неоднородности или степенью развития шейки. Если допустить, что развитие шейки про­ исходит на два порядка быстрее, чем равномерной деформации, т. е. bF/F — 1006E0/F 0, то выражение (9) можно использовать для расчета'относительного удлинения по данному значению т. В этом случае максимальное удлинение епіах будет выражаться [58]:

Если деформация происходит при постоянной температуре и неизменной структуре металла, то в дополнение к выражениям (8) и (10) напряжение течения можно выразить так:

(17)

где в = f {г, е).

80

\