Пластическая деформация поликристаллов и огнестойкость

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 9Следующая ⇒

Конструкционные металлы, используемые в инженерной практике, обычно имеют поликристаллическое строение. Поэтому важно знать характер пластической деформации и деформационного упрочнения для данного случая.

В поликристаллах на развитие процесса пластической деформации помимо всех перечисленных ранее в разд. 2.3 факторов очень большое влияние оказывает наличие границ зерен. Поскольку кристаллические зерна ориентированы хаотически относительно оси образца, приведенное к плоскости скольжения касательное напряжение может сильно отличаться от зерна к зерну. При одной и той же общей приложенной нагрузке F плоскость и направление скольжения в каждом зерне индивидуальны. Поэтому ориентационный множитель (фактор Шмида) будет меняться от зерна к зерну, определяя значение критического касательного напряжения—см. формулу (2.2) [31-34].

2.5.1 Особенности пластической деформации поликристаллов. При увеличении внешней силы F скольжение начинается в благоприятно ориентированных зернах, где достигнуто критическое касательное напряжение. Однако скольжение, начавшись в одном зерне, не может переходить в соседнее зерно из-за иным образом ориентированной в нем системы скольжения. На рис. 2.12 показана граница двух зерен. Движущиеся дислокации в зерне 1 будут остановлены границей, И создадут концентрацию напряжений в конце плоскости скольжения у границы. Для развития скольжения во втором зерне напряжения в его плоскости скольжения должны возрасти до таких значений, чтобы могли начать работу источники дислокации (например, источники Франка — Рида). В этом случае произойдет «эстафетная» передача деформации от зерна к зерну.

Рис. 2.12. Остановка процесса скольжения на границе двух зерен

С дислокационной точки зрения переход скольжения из одного зерна в соседнее объясняется разложением (диссоциацией) решеточной дислокации первого зерна на зернограничную дислокацию и решеточную дислокацию во втором зерне. При этом возможно появление в границе зерна источника зернограничных дислокаций (типа Франка—Рида), который в условиях концентрации напряжений от скопления дислокаций первого зерна будет генерировать зернограничные и решеточные дислокации во второе зерно.

Границы зерен являются эффективным препятствием для движущихся дислокаций. Наличием границ зерен объясняется резкое начальное упрочнение в поликристаллах по сравнению с монокристаллами. Повышение

предела текучести у поликристаллов сопровождается значительным уменьшением или полным подавлением первой стадии, которая характеризуется скольжением в одной системе. Вторая стадия деформационного упрочнения в поликристаллах имеет, как правило, большой коэффициент упрочнения. На рис. 2.13 схематически показаны деформационные кривые растяжения для меди. Как видно из рисунка, основное отличие заключается в практически полном отсутствии для поликристалла стадии легкого скольжения.

Рис. 2.13. Сравнение деформационных кривых растяжения медных поли- и монокристаллов (Ж. Фридель)

Характерной особенностью поликристаллов является также образование ячеистой структуры при значительно меньших по сравнению с монокристаллом деформациях. Начало формирования ячеистой структуры в поликристаллическом материале отмечается уже при деформации 5—10 %, а иногда и меньшей (~ 2 %).

После деформации на 25—30 % образование ячеистой структуры завершается. Дальнейшее повышение деформации увеличивает плотность дислокаций в стенках ячеек. Внутри же ячеек дислокации не накапливаются. Также практически не меняются размеры ячеек и их взаимная разориентация, составляющая 2—4 ° [30].

Деформационное упрочнение поликристаллического материала может быть оценено следующим выражением:

(2.12)

где t₀ — напряжение трения решетки; А — константа, равная 0, 3 — 0, 6. Остальные обозначения были введены ранее.

Поскольку скольжение в поликристаллах начинается в зернах с благоприятной ориентацией системы скольжения относительно внешнего напряжения, микродеформация появляется при незначительных напряжениях, иногда намного меньше условного предела текучести. Величина микродеформации e_р возрастает с увеличением размера зерна d и внешнего напряжения s приближенно следующим образом:

(2.13)

Здесь А, s₀ — постоянные, зависящие от структуры и условий нагружения.

Следует отметить, что на границах зерен в поликристаллах собираются примеси, и их влияние на деформационную кривую трудно отделить от влияния границ зерен.

2.5.2 Образование текстуры при пластической деформации. Пластическая деформация сопровождается поворотом зерен. Это приводит к тому, что ориентация решетки в зерне изменяется в сторону преимущественной ориентировки, соответствующей главным направлениям течения металла. Повороты ориентации зерен определяются условием непрерывности среды, что исключает образование разрывов сплошности между зернами.

При больших деформациях кристаллические зерна поворачиваются настолько, что у них появляется предпочтительная ориентация относительно внешних деформирующих сил. Образующуюся структуру с преимущественной ориентацией называют текстурой деформации. Вид ее зависит от типа решетки, химического состава, структуры, термических и механических воздействий. На рис. 2.14 схематически показано появление предпочтительной ориентировки в процессе пластической деформации.

Рис. 2.14. Развитие преимущественной ориентации в процессе деформирования поликристалла

В поликристаллах с ОЦКи ГЦК-решетками текстура деформации начинает появляться уже при деформации e > 4 %, а в поликристаллах с ГПУ решеткой даже при e > 1 %. Для образований четкой текстуры необходима деформация порядка 70—90 %.

Развитие текстуры деформации приводит к появлению анизотропии свойств, присущей монокристаллам. Это означает, что у металла с преимущественной ориентировкой зерен свойства зависят от направления, в то время как в мелкозернистом металле с произвольной ориентировкой зерен свойства идентичны во всех направлениях. Анизотропия свойств в изделиях обычно нежелательна. Например, листовой прокат для глубокой вытяжки должен деформироваться одинаково во всех направлениях во избежание неровности краев. В поковках анизотропия может привести к недостаточной пластичности и вязкости в некоторых направлениях, в листовой стали для электротехнических целей — к получению нежелательных магнитных характеристик. Однако в некоторых случаях явление анизотропии находит практическое применение (например, для получения высокой проницаемости в направлении, параллельном магнитному потоку в сердечнике трансформатора) [28, 32].

2.5.3 Эффект Баушингера. На сопротивление началу пластической деформации и характер деформационного упрочнения влияет предварительная деформация. Деформация любого вида повышает сопротивление при дальнейшем деформировании этого же характера и понижает сопротивление деформированию противоположного типа. Например, предварительное сжатие образца повышает его предел текучести при последующем его деформировании сжатием и понижает предел текучести при деформации растяжением. Явление это известно как эффект Баушингера. Эффект Баушингера имеет место и в моно-, и в поликристаллах, причем в монокристаллах он проявляется сильнее. Поэтому его нельзя объяснить влиянием напряжений у границ зерен [26, 28].

Объясняют этот эффект следующим образом. При одноосной деформации дислокации скапливаются у препятствий, в результате чего повышается сопротивление деформации в этом направлении. Если теперь изменить направление деформирования на противоположное, эти препятствия уже не будут мешать движению дислокаций, что выражается в снижении s_{0, 2}.

Действие этого эффекта будет сильно сказываться на снижении предела огнестойкости НКМ при усталостном (см. гл. 7) воздействии вибраций. Такое может быть при эксплуатации здания или сооружения, если присутствуют сильные вибрационные воздействия в течении длительного времени.

Наиболее сильно эффект Баушингера проявляется при незначительном начальном наклепе, соответствующем остаточной деформа ции 0, 3—0, 5 %. Если многократно менять направление деформации, то при количестве циклов более десяти эффект Баушингера не выявляется, т. е. деформационная характеристика стабилизируется.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 Следующая ⇒