Файл: Копецкий, Ч. В. Структура и свойства тугоплавких металлов.pdf

приходится примерно на 0,05% (ат.) кислорода, g температурном интервале испытаний ниже 160 І(, Легирование кислородом выше 0,05% (ат.) ведет к за­ метному упрочнению ниобия. Величина упрочнения рас­ тет -с понижением температуры испытания. Особенно за­ метно повышение твердораетворного упрочнения пра низких температурах в случае испытания на сжатие. Так, при температуре 113°К критическое напряжение сдвига при сжатии составляет для сплава с 0,017% (ат.)

8 кгс/мм2). Легирование ниобия кислородом усиливает эффект асимметрии скольжения. Авторы относят силь­ ную температурную зависимость сопротивления дефор­ мации о. ц. к. металлов за счет влияния примесей внед­ рения. Высокие содержания кислорода и азота в ниобии [до 1% (ат.) каждого] приводят к линейному возраста­ нию пределов текучести, не зависящему от температуры, при повышении содержания кислорода и азота. Это свя­ зывается с образованием атмосфер Снука вокруг дисло­ каций.

Эксперименты, проведенные на поликристаллических сплавах ниобия, содержащих 0,006—0,085% (по массе) азота, показали, что эффективность упрочнения твердо­ го раствора от легирования азотом в два раза больше, чем от легирования .кислородом [30]. Испытание прово­ дили при комнатной температуре. Было показано, что твердорастворное упрочнение существенно зависит от скорости деформации.

Результаты последних экспериментов показывают, что температурная зависимость напряжения пластичес­ кого течения ниже 0,1—0,2 Тпп в о. ц. к. металлах опре­ деляется, с одной стороны, влиянием малых концентра­ ций примесей внедрения, а с другой — сопротивлением движению дислокаций со стороны кристаллической ре­ шетки в отсутствие этих примесей. В последние годы по­ явился целый ряд работ, из которых следует, что влия­ ние сопротивления решетки на температурную зависи­ мость напряжения пластического течения, по-видимому, меньше, чем это считалось раньше [1].

60

Разупрочнение при легировании о. ц. к. металлов

Одна из интересных особенностей о. д. к. металлов — разупрочнение, наступающее при легировании чистых металлов, кай правило, небольшими количествами при­ месей замещения или внедрения.

Впервые это явление было отмечено Лаци и Гензтмером при исследовании сплавов замещения на основе железа около тридцати лет назад [1, с. 31—70]. Иссле­ дования последнего времени показали, что указанное явление широко распространено для металлов с о. д. к. решеткой. Его наблюдали у сплавов ниобий — молиб­ ден, тантал — рений, тантал — рений — азот, тантал — молибден, тантал — вольфрам, тантал — ниобий, нио­ бий— вольфрам, ниобий — кислород — азот, ниобий — кислород, молибден — железо, молибден — рений, воль­ фрам — рений.

Суть явления заключается в уменьшении температурнозавиеимой части напряжения текучести о. ц. к. метал­ лов при легировании их некоторыми примесями замеще­ ния и внедрения. Атермическая часть напряжения при этом всегда возрастает. Твердорастворное разупрочне­ ние наблюдается обычно при достаточно низких темпе­ ратурах испытания (менее 0,1 Гпл). Абсолютное значе­ ние эффекта растет по мере снижения температуры ис­ пытания, а с увеличением содержания примесей разу­ прочнение обычно проходит через максимум, 'Который с понижением температуры испытания сдвигается в сто­ рону более .высоких 'концентраций.

Твердо,растворное разупрочнение объясняют в насто­ ящее время тремя главными причинами:

уменьшением эффективной концентрации примесей внедрения в металлической матрице за счет образования комплексов с легирующими элементами или, другими словами, очисткой металлической матрицы от примесей внедрения [й, е. 31—70]; локальным изменением барье­ ров Пайерлса с легированием, облегчающим термоакти­ вационное преодоление этих барьеров; повышением плотности подвижных дислокаций с изменением содер­ жания легирующих элементов [1, с. 31—70].

61

Недостаток объяснения с Помощью первого меха­ низма заключается в том, что твердорастворное разуп­ рочнение наблюдается лишь при низких температурах, а это означает необходимость принять отсутствие взаи-

выше 0,1 Тил- Такое утверждение пока не находит до­ казательств. В то же время ряд экспериментов прямо указывает на возможность разупрочнения за счет очистки твердого раствора при введении легирующих элементов. Так, из рис. 25 [31] ясно видно, что твердо­ растворное разупрочнение при легировании ниобия молибденом наблюдается лишь для недостаточно чис­

62

того ниобия. Легирование же ниобия, очищенного сверх­ высоковакуумным отжигом, не ведет к твердораствор­ ному разупрочнению. Подобные результаты наблюда­ ются для сплавов тантала с рением, по данным Гибала с сотр. [132]. Твердорастворное разупрочнение наблю-

Xj мн/мг(кгс[ммг)

Рис. 26. Зависимость напряжения сдвига от концентрация внедренных атомов для аплавов Nb — О при разных температурах [19]

дается при легировании недостаточно чистого тантала или в случае высокочистого сплава, содержащего при­ меси азота и медленно охлажденного от высоких темпе­ ратур. Высокочистый же сплав или сплав, содержащий примеси азота, но закаленный с высоких температур, на кривой зависимости критического напряжения сдвига от концентрации рения не показывает минимума. В нио­ бии, легированном кислородом и азотом, разупрочнение наблюдается, если в сплав ниобия, содержащий 300Х ХЮ-4% (ат.) N, вводится кислород (рис. 26). Раз­ дельное же легирование достаточно чистого ниобия азо-

63

64

Эффект твердорастворного разупрочнения при низ­ ких температурах или снижение температурной зависи­ мости предела текучести молибдена при легировании сопровождается одновременным снижением скоростной зависимости предела текучести при комнатной темпера­ туре (рис. 28). Как видно из рисунка, в случае легиро­

вания кобальтом зависимость oT= f(e) претерпевает перелом, и в области низких скоростей деформации ско­ ростная зависимость практически отсутствует (кри­ вая 3).

СТРУКТУРНОЕ И СУБСТРУКТУРНОЕ УПРОЧНЕНИЕ

Малоугловые и высокоуглавые границы сильно влия­ ют на параметры пластической деформации металлов и их механические свойства. Особенно сильно это влияние выражено в поликристаллах.

Малоугловые границы или субструктурные границы, состоящие из сеток дислокаций, разделяют блоки, сра­ внительно свободные от дислокаций, как в монокристал­ лах, так и в зернах поликристаллов. Такие субграницы, как известно, вызывают упрочнение, так как поля напря­ жений, возникающие вокруг них, являются эффективны­ ми барьерами для движущихся дислокаций. В этом слу­ чае, чтобы произошла пластическая деформация, необ­ ходимо приложить более высокие напряжения для пре­ одоления возросшего за счет субпраниц сопротивления деформации. Преодоление субст.руктурных барьеров дис­ локациями при их скольжении заключается в возникно­ вении скоплений дислокаций у субграницы, затем росте в связи с этим напряжений и после достижения ими оп­ ределенного уровня переносе скольжения через субграницу.

Схема пластического течения с переходом скольже­ ния из одного субзерна в другое показана на рис. 29 [1,

с. 99—102].

Субграницы вносят дополнительный вклад в упроч­ нение также благодаря примесям, сегрегирующим на них и затрудняющим передачу скольжения из одного субзерна в другое. О такой сегрегации свидетельствует повышенная твердость субграниц чистого ниобия по сра­ внению с твердостью матрицы вдали от субграницы [1.

с. 99—102].

66