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

Рис. 29. Схема пластического течения с переходом сколь­ жения из одного гсуібзерна в другое. Взаимодействие дис­ локаций с растворенным веществом и с субпраницей в монокристалле [1,с. 99— 102]

Приведенное критическое напряжение сдвига для кристалла, в котором наблюдается развитая субструкту­ ра, определяется из выражения

т = т0 + kc /Г7*,

где т — критическое напряжение сдвига; -го — приложенное напряжение сдвига, которое необ­

ходимо для начала пластического течения в сра­ внительно совершенной решетке, состоит из двух частей: одной — трения решетки, •обусловленного барьерами Пайерлса, и структурно чувствитель­ ной части, обусловленной дислокационной струк­ турой внутри субзерна;

kc — коэффициент, учитывающий блокирование дис­ локаций субзереиными границами .и примесями на них и передачу скольжения из одного субзер­ на в другое;

Іа— расстояние между субзереиными границами или размер субзерна.

Для достаточно чистого монокристалла ниобия в ин­ тервале размеров субзерен от 0,55 до 2,0 мм критичес­

На рис. 30 [ 1, с. 99—102] приведена зависимость кри­ тического напряжения сдвига и напряжения пластичес­ кого течения при деформации 6 и 12% от размера еуб-

зерна, наблюдаемая в 'монокристалле ниобия. Для этого случая коэффициент, учитывающий блокирование дисло­ каций субзеренными границами, kc— ~ 0,09 МН/м3/2 (0,3 кгс/мм3/2).

Нами [34, 35] отмечено 'повышение нижнего предела текучести для монокристаллов вольфрама при уменьше­ нии размеров субзѳрна от 300—400 до 20—40 мкм и для

Рис. 30. Зависимость критического напряжения еда-ига т„р и -на­ пряжения течения т от -размера субзериа для монокристаллов чистого -нію-бия [1, с. 99— 102]

монокристаллов молибдена при уменьшении размеров субзериа от 1000 до 100 мкм. Для монокристаллов мо­ либдена и вольфрама зависимость от размера субзерна не столь резкая, как у ниобия. У монокристаллов воль­ фрама и -молибдена коэффициент блокирования кй де­ монстрирует тенденцию к росту с понижением темпера­ туры испытания. Кроме изменения условий передачи скольжения через субграницу, связанных с измельчени­ ем субзерен, отчасти это можно объяснить также повы­ шенным содержанием углерода в образцах с более мел­ ким субзерном. Такое повышение содержания углерода может усиливать эффекты сегрегации на границах суб­ зерен и увеличить число дисперсных карбидных выде­

8

лений. Обогащение границ субзерён вольфрама карби­ дами экспериментально наблюдали Е. М. Савицкий и Г. Л. Царев [36]. Оба эти обстоятельства вызывают усиление эффекта блокирования с понижением темпе­ ратуры и рост коэффициента kc.

Развитие субструктуры в результате полигонизации или других процессов в поликристаллическом молибдене приводит к его упрочнению при комнатных температу­ рах [33]. По данным работы [37], отжиг молибдена ду­

тацией смежных субзерен до я/18 рад (10 град.) — в от­ ношении сопротивления скольжению эквивалентны обыч­ ной высокоугловой пранице зерна.

В работе [38] обнаружено резкое повышение преде­ ла упругости оо,оэ молибденовых сплавов в результате создания субструктуры при полигонизации. Развитием субзеренной структуры в сплавах ниобия с 16,5% (по массе) W и 0,5% Zr при содержании 0,1—0,2%С объяс­ няется одновременное повышение их прочности и плас­ тичности, а также снижение анизотропии механических свойств в‘литом состоянии [39].

Предел текучести и напряжение пластического тече­ ния поликристаллов тугоплавких металлов при испыта­ нии в интервале температур ниже 0,1 ТПа обычно имеют более высокие значения, чем у монокристаллов. Грани­ цы зерна при низких температурах эффективно упроч­ няют как чистые металлы, так и их сплавы. Примеси и легирующие элементы, сегрегируя в области границ зе­ рен, усиливают их упрочняющее действие. Такие сегре­ гации, с одной стороны, повышают роль границ зерна как барьеров при передаче скольжения из одного зерна в другое, затрудняя при деформации развитие локаль­ ных сдвигов по многим локальным плоскостям вблизи границы зерна. С другой стороны, примеси, обогатившие приграничные области, усиливают эффект блокирования дислокаций вследствие образования атмосфер или тон­ ких выделений.

На рис. 31 [40, с. 145—172] приведена схематическая зависимость напряжения текучести металлов с о. ц. к. решеткой от. величины зерна и чистоты.

69

Зависимость напряжения текучести поликристалла от размера зерна описывается известным соотношением Холла — Петча:

d —размер зерна.

Величина о, для металлов с о. ц. к. решеткой, сог­ ласно В. И. Трефилову, состоит, по крайней -мере, из трех слагаемых:

Оі — СТп-Н Н~ - Ов + Ол ,

где пп-н — сопротивление движению дислокаций, вы­ зываемое силами Пайерлса— Набарро;

2ств — сумма сопротивлений, обусловленных раз­ личными видами взаимодействия приме­ сей с дислокациями;

Од — сопротивление дислокаций «леса».

Вслучае развитой субструктуры определенный .вклад

вповышение Оі вносит и эффект субструктуріного упроч­ нения.

Параметр kv .для металлов с о. ц. к. решеткой с од­ ной -стороны, -отображает степень взаимодействия дис­ локаций с примесными атомами (прочность блокирова­

70

ния). При повышении содержания примесей возрастает эффект блокирования за счет увеличения концентраций примесных атмосфер или тонких выделений. С другой стороны, ky характеризует также процесс передача скольжения через границу зерна и отображает энергети­ ческие условия преодоления зериограничных барьеров.

Как отмечает В. С. Иванова, для распространения течения через границу в деформируемом поликристалле вблизи границ зерен необходимо возникновение сильно наклепанных зон «напряженного скольжения». Раз­ ность os—ai = kyd~1/2 и представляет собой наряду с с блокированием дополнительное сопротивление, необ­ ходимое для образования таких зон. Однако физичес­ кий смысл параметров а, и ky пока до конца не ясен.

На рис. 32 [33] приведена зависимость предела теку­ чести проволок чистого и легированного некоторыми примесями замещения молибдена от размера зерна при скорости деформации 4,3-ІО-2 с _І. Каждая точка — среднеарифметическое результатов трех испытаний. Для рассмотренных трех партий молибдена наблюдается соответствие экспериментальных данных приведенному выше соотношению.

Рис. 32. Зависимость нижнего предела текучести молибдено­ вых проволок от размера зерна при скорости деформации

71

В хорошем соответствии с соотношением Холла — Петча находятся и экспериментальные данные Омара и Энтвисте по зависимости нижнего предела текучести и напряжения течения от размера зерна, полученные при испытании ниобия, содержащего 0,015 и 0,0006%* О [133]. Параметр kv заметно зависит от чистоты, падая по мере ее повышения. Связь напряжения течения (стол) при растяжении ниобия, деформированного прокаткой на разные степени обжатия (до 20%), с размером зер­ на в диапазоне 32—435 мкм, по данным Конрада [134, с. 481—487], также хорошо описывается приведенным выше соотношением. При этом повышение суммарной степени обжатия при прокатке ведет к росту щ- и кѵ при последующем испытании на растяжение.

Изменение твердости ниобия с размером зерна подчи­

d—размер зериа.

Осложном характере температурной зависимости

параметров уравнения Холла — Петча свидетельствуют

ни Сто, ни ky не зависят от изменения концентрации при­ месей. На этих параметрах не сказывается также изме­ нение структуры в результате различной термической

72