Файл: Немкевич, А. С. Конструирование и расчет печатающих механизмов-1.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 90
Скачиваний: 0
дислокаций в скоплениях. При достаточно большом числе_дисло
каций |
п, обеспечивающем выполнение |
условия п Дф° > Ь, |
|
следует |
приближенное соотношение |
|
|
|
ASm/V |
пДф° |
|
|
exp |
~Т~ ’ |
(125) |
вытекающее из выражения (120) и справедливое при достаточно значимом механохимическом эффекте.
Определяя среднее значение деформационного сдвига стан дартного потенциала образца в целом (т. е. нелокального по
тенциала) |
Дфобр из соотношения |
i |
= ia exp (Дфобр/6) и сравни |
||||
вая с |
(125), |
находим |
|
|
|
||
|
|
= |
лЯ«?_1пЯ+ ln(ASJV)- |
|
|
(126) |
|
Так |
как |
А5,„ = |
AS UNmax, |
при |
N —>N max и достаточно |
||
больших |
п |
можно |
пренебречь |
двумя |
последними слагаемыми |
||
в правой |
части (126). Это означает, что чем больше степень де |
||||||
формации, тем больше нелокальное значение средней величины разблагораживания потенциала образца определяется электро химическим поведением одного дислокационного скопления.
Величину Дф°бр можно определить очень просто, если учесть, что она зависит от гидростатической части упрочнения АР — Ат, и при изотропном распределении избыточного давления АР в ме
талле:
А ф обр/b = APV/RT.
Образование скоплений приведет к локальному росту АР
и Аф°. Однако в силу аддитивности запасенной энергии средняя
по всему объему металла величина деформационного сдвига Афобр не изменится (запасенная анергия нечувствительна к распределе
нию дислокаций [48]) и останется |
равной: |
Афобр = AxR/aR zF. |
(127) |
Согласно (98) можем записать Аф°/6 = kAx/aR'T., где коэф фициент k < 1 характеризует влияние усреднения локального
эффекта по поверхности, т. е. переход к нелокальным величинам, тогда измеряемая плотность тока выразится:
i = W |
$2 |
exp |
knh.x |
1 ■ |
(128) |
S]/l |
olR’T |
Отсюда видно, что вследствие малого значения k измеряемый
нелокальный эффект может быть линейной функцией упрочне ния Ат даже при больших п, тогда как локальное ускорение рас
творения вблизи линий скольжения является нелинейным эффек том упрочнения и достигает большой величины (нескольких порядков).
5 Э. М. Гутман |
65 |
Полученный результат можно характеризовать как эффект нелинейной концентрации механохимической активности металла при его пластической деформации.
2. МЕХАНОХИМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ НА ЖЕЛЕЗЕ И ЕГО СПЛАВАХ
Малоуглеродистые стали
Нами исследовалась кинетика механохимического эффекта в условиях активационного контроля катодного процесса (водо родная деполяризация) и активного анодного растворения железа при пластическом деформировании с постоянной скоростью [2].
Проволочный образец из стали Св-08 с 0,08% С, диаметром 1 мм подвергали отжигу в вакуумной печи при 920° С. Электро литом служил водный раствор 7-н. H 2S 04. Благодаря кратко временности опыта (2—3 мин) было исключено влияние диффузии водорода в металл и деформационного старения.
Растяжение образца на разрывной машине в электрохими ческой ячейке выполняли с постоянной скоростью 34%/мин. При этом длина рабочей части, соприкасающейся с электролитом, оставалась неизменной и равной 10 мм. Скорость анодного раство рения определяли путем непрерывной регистрации силы тока между деформируемым образцом и аналогичным ему недеформируемым, играющим роль катода в такой модели коррозионной пары, работа которой активируется деформацией. Для регистра ции использовали самописец типа Н-373, который благодаря фотоэлектрическому усилителю постоянного тока отвечает тре бованиям микроамперметра с нулевым сопротивлением. В опытах с разомкнутой цепью общий электродный потенциал деформируе мого образца измеряли относительно 2-н. ртутно-сульфатного электрода сравнения. Регистрация выполнялась также самописцем Н-373, работавшим в режиме милливольтметра с высоким вход ным сопротивлением.
Во всех опытах по измерению тока потенциал бинарной элект родной системы оставался практически неизменным и равным по-
г,тА Р,М~1н(кгс) |
~аф,мВ |
75,0
7;5
тенциалу недеформируемого электрода. Началь
ная разность потенциа лов между электродами перед включением ми кроамперметра состав-
Рис. 8 . Зависимость растягива ющего усилия Р, увеличения анодного тока i и уменьшения стационарного потенциала Дф от степени деформации е стали:
А — область линейного упроч нения; Б — область параболи ческого упрочнения
бс
Рис. 9. Зависимость рас тягивающего усилия Р и увеличения анодного то
ка i от степени деформа ции в стали
ляла |
2—3 |
мВ. |
Величина |
деформационного сдвига |
потенциала |
|
(по |
отношению |
к потенциалу |
недеформируемого электрода) не |
|||
превышала |
10 |
мВ, т. е. |
все |
опыты проводились |
в линей |
|
ной области. Колебания потенциала происходили в областях, соответствующих симметричным участкам поляризационных кри вых электродов, и даже в случае равенства площадей деформируе мого и недеформируемого металлов изменение общего потенциала бинарной системы не превышало бы половины величины дефор мационного сдвига потенциала одного электрода. В действи тельности фактическая площадь недеформируемого металла была больше площади деформируемого, поэтому общий потенциал бинарной системы1 был практически стабильным.
На рис. 8 представлена зависимость силы анодного тока, изменения потенциала деформируемого образца и нагрузки от
степени деформации. |
Как видно из графика, нагружение ниже |
макроскопического |
предела текучести в области деформации |
е < 0,5% вызывает |
появление незначительного анодного тока, |
тогда как пластическая деформация сопровождается резким его увеличением. В полулогарифмических координатах эти кривые приведены на рис. 9. На участке А Б характер кривой i соот
ветствует уравнению (81). На стадии деформационного упрочне ния наблюдается четкая линейная корреляция между его вели чиной (кривая Р) и деформационным приростом тока (кривая i)
в соответствии с линейным приближением .теории.
Действительно, |
изменение |
электродного потенциала Дсрст <■ |
< 10 мВ, поэтому |
в данном |
случае справедливо линейное |
приближение кинетических уравнений. По этой же причине кон центрационная поляризация могла не учитываться и условия опыта соответствовали требованиям методики Стерна [50) для расчета скорости растворения по величине поляризационного сопротивления.
1 Проведенные позднее опыты Бокриса с сотр. [49], в которых |
использо |
вался потенциостат, дали аналогичные результаты. |
|
5* |
67 |
Сопоставим данные оценочного расчета с экспериментальными для максимальной величины эффекта Дг = 255 мкА/см2 (рабо чая поверхность 0,314 см2) при Ат = 190 МН/м2 (19 кгс/мм2)
(см. рис. |
8). Принимая |
[29] для железа значения а = |
1011см“2 |
и Mmax = |
1012 см-2, по |
кривой растяжения (см. рис. 8), |
исполь |
зуя формулы (71) и (79), находим оценку п «=* 10, что не противо
речит результатам электронномикроскопических наблюдений. Действительно, прямое электронномикроскопическое наблюде ние [51] дислокационной структуры деформированных в раз личной степени железных фолы показало, что при е = 5% об разуются скопления и нагромождения дислокаций, переходящие
затем при е > 8 -ь 1 0 % в развитую ячеистую структуру, |
причем |
для е = 10% плотность дислокаций N = 5-1010 см-2 . |
Устано |
влено большое сходство дислокационных структур деформирован ных до больших степеней деформации железных фольг со струк турами, образующимися в г. ц. к. металлах с низкой энергией дефектов упаковки. Этим объясняется отсутствие в дислокацион ных структурах армко-железа копланарных скоплений дисло каций значительного размера: в пластичных материалах пласти ческая релаксация скоплений препятствует образованию пло ских скоплений с я ^ 5 на стадии деформационного упрочнения [52]. В условиях динамического нагружения процессы отдыха не успевают следовать за упрочнением и короткое время могут существовать скопления с п ;> 5 (например, наблюдается выход
линий скольжения в течение времени старения после прекра щения деформации [53]).
Учитывая, что для железа b 13 мВ (тафелевская константа Ьа — 30 мВ [54]), получаем из формулы (98) локальное значение
Дфлок (2Ь) — 73 мВ. Среднюю величину разблагораживания стан
дартного потенциала для области активации радиусом 20b под
считываем по формуле, аналогичной (115), и получаем равной
Дф° = 7,3 мВ, что согласуется со значением разблагораживания потенциала Д<рст = 7,4 мВ (для Дт = 190 МН/м2 (19 кгс/мм2).
Приближенное сопоставление Дср° и Дсрст здесь правомерно> так как весь металл образца активируется и анодная поляри зуемость становится намного меньше катодной из-за изменений соотношения площадей, на которых преимущественно разви вается та или иная реакция (поскольку изменения потенциалов менее 10 мВ, пригодна приближенная методика Стерна [50] с учетом Ьк > Ьа, как это часто принимается). Подтверждением
сказанного является совпадение величины Дфобр *=« 7,2 мВ, вы численной по формуле (127), с измеренной Дфст 7,4 мВ. __ Подстановка величины п = 10 и соответствующей ей величины
Дф° |
= |
2,45 мВ в уравнение (120) дает при S 2 *=« S i (при неболь |
|
ших |
п |
металл активируется в среднем равномерно по объему, |
|
а при |
больших — анодный процесс |
локализуется на активиро |
|
ванных участках согласно (126), т. е. |
все анодные участки акти- |
||
68
вируются деформацией, по крайней мере, в условиях максималь
ного |
проявления эффекта) значение At |
= 0,63г'аК). Учитывая, |
||
что ток саморастворения железа |
в 7-н. |
серной кислоте t'c « |
||
« 4 0 0 |
мкА/см2, |
и принимая i'iK) = |
tc, получаем для образца пло |
|
щадью 0,314 см2 |
общее увеличение тока |
At = 79 мкА, близкое |
||
к экспериментальному значению (см. рис. 9).
Линейная связь между кривыми увеличения анодного тока At и
деформационного |
упрочнения |
Ат |
обусловлена |
тем, что Дсрст <СЬ |
и At — Афст, а в свою очередь |
Дфст — Дф° ~ |
Афлок (2Ь) — Ат, |
||
причем Афстlb — |
knhxIa'jR'T, |
т. |
е. Афст = &Дфл0К, где /е 1 |
|
вследствие микроэлектрохимической гетерогенности. На стадии легкого скольжения и заключительной стадии III четко видна тенденция к уменьшению механохимического эффекта. Кроме
того, |
на кривой Дф (е) |
(см. рис. 8) |
имеется |
еще |
одна площадка |
|
(уменьшение эффекта), |
а на кривой t (е) ее нет. |
Это, |
возможно, |
|||
связано со сменой механизмов |
деформационного |
упрочнения |
||||
при |
переходе от линейного упрочнения |
к параболическому: |
||||
в начале поперечного скольжения в первую очередь разряжаются скопления из. тончайшего подповерхностного слоя, а так как при измерении Дф потребление тока прибором на несколько поряд ков ниже, чем при измерении At, то этот слой не успевает раство ряться раньше, чем удастся зафиксировать его вклад в измеряе мую величину Аф.
Для железа и малоуглеродистой стали по мере приближения к пределу текучести кривая напряжение—деформация немного
закругляется, в связи с появлением небольшой неупругой дефор мации совместно с микродеформацией, обусловленной образо ванием дислокационных нагромождений еще до наступления те кучести. В начале деформирования тонкий поверхностный слой упрочняется раньше всего объема металла, поскольку предел текучести этого слоя ниже [55] и взаимодействие дислокаций в тон ком поверхностном слое приводит к росту деформационного упроч нения на начальной стадии пластической деформации, сконцент рированному в тонком поверхностном слое (эффект Сузуки [56]). Этим объясняется увеличение At перед началом' легкого сколь жения, пропорциональное росту деформационного упрочнения Ат в области напряжений между пределом упругости (е = 0,2%) и началом легкого скольжения (см. рис. 9).
Таким образом, экспериментальные кривые зависимость уско рения анодного растворения, величины разблагораживания по тенциала и деформационного упрочнения от степени деформации согласуются с оценками.
Аналогичные опыты были проведены Бокрисом с сотр. [49], который получил сходные результаты на стадии деформацион ного упрочнения (рис. 10). Зависимость механохимического эф фекта от скорости деформации имела линейный характер (рис. 11), как это и следует из формулы (100). Однако приводимое авторами
69