Упрочнение в результате программной нагрузки

Большое значение имеют исследования Р. И. Гарбера, И. Д. Гиндина и другие по созданию полигонизированныч структур в результате программного нагрузки. Несоответствие величии теоретической и реальной проч­ности является следствием дефектности кристаллической ре­шетки, наличия слабых мест в объеме и на поверхности мате­риалов. При незначительных внешних нагрузках в этих местах возникают локальные перенапряжения, сравнимые с крити­ческими напряжениями зарождения дислокаций, микротрещин, приводящие к преждевременному пластическому деформирова­нию и разрушению кристаллических тел.

Для упрочнения слабых мест в исходном материале и рас­сеивания локальных перенапряжений был предложен метод программного на грузки. При этом создают плавное повы­шение напряжения, прикладываемого к образцу или изделию при определенной температуре; скорость должна соответствовать скорости протекания диффузионных процессов перераспреде­ления дефектов решетки с соблюдением постоянства скорости деформации.

Благодаря плавно возрастающей нагрузке выявляются сла­бые места, кроме того, эти места успевают упрочняться за счет диффузионного притока точечных дефектов, так как ско­рость нагрузки мала. Максимальная нагрузка при програм­мном нагрузки ограничивается условием постоянства ско­рости деформации Температурный интервал программирова­ния ограничивается условием интенсивного диффузионного процесса перераспределения дефектов с обра­зованием устойчивых комплексов вокруг дислокаций, полос скольжения, субмикротрещин, границ блоков и других слабых мест. Нижняя температурная граница определяется, таким образом, предельной скоростью протекания направленных диф­фузионных процессов перераспределения точечных дефектов в результате их взаимодействия с линейными и поверхностными дефектами. При нагрузки в температурной области выше возможны одновременное перемещение дислокаций вместе с при­месными атмосферами и прочие процессы разблокировки дисло­каций вследствие роста диффузионной подвижности точечных дефектов Как правило, чем больше коэффициент диффузии, тем ниже оптимальная температура программирования при вы­бранной скорости нагрузки. Режим упрочнения существенно зависит от структурного фактора, наибольший эффект наблю­дается у материалов без макроповреждений, так как наличие большого количества стоков для точечных дефектов в виде микроразрывов требует повышенной плотности вакансий, при­месей и др. цементирующих элементов для обеспечения упроч­нения всех имеющихся слабых мест.

Диффузионный механизм программированного упрочнения подтверждают результаты рентгенографического исследования, измерения поглощения упругих колебаний, электросопротивле­ния и исследования дислокационной структуры.

Перераспределение имеющихся дефектов в энергетически вы­годные места и рассасывание локальных перенапряжений при программной нагрузки способствуют созданию однородной механически устойчивой структуры с повышенным сопротив­лением механическим и термическим воздействиям.

Метод программного нагрузки обладает рядом ценных технологических преимуществ но сравнению с другими эффек­тивными методами упрочнения. Повышение пределов текучести, прочности (на 20—40%), долговечности (в 3—8 раз) достигается за счет очень малых степеней деформации (0,01—0,5%) и не сопровождается ухудшением пластических свойств металлов.

Кроме того, вследствие повышения однородности и механи­ческой равновесности при программной нагрузки упрочне­ние сохраняется и при повышенных температурах.

Особенности этой схемы обработки, предусматривающей об­разование устойчивых дислокационных конфигураций, опре­деляются тем, что поддержание постоянной скорости деформи­рования осуществляется при очень медленной нагрузке. По­лагая, что в этом случае имеется поток точечных дефектов к сла­бым местам в решетке, и не наблюдая изменений в субструктуре, авторы даже называют предложенный ими способ диффузион­ным упрочнением (в отличие от субструктурного, наблюдаемого при более сильных деформациях, создающих большие изме­нения в тонком строении)

Доказательством того, что при программной нагрузки действительно происходит сток точечных дефектов к слабым местам, авторы считают установленное падение остаточного электросопротивления и увеличение температурного коэффи­циента электросопротивления. Устойчивость создан­ной дислокационной структуры иллюстрируется более высоким ходом кривых температурной зависимости внутреннего трения, а также снижением или полным подавлением эффекта Баушингера при знакопеременном деформировании.

Одновременное увеличение предела текучести (на 15—20%) и пластичности указывает на большую близость про­исходящих процессов к полигонизационным явлениям, чем к деформационному старению.

Эффект повышения сопротивления деформированию про­граммно упрочненных образцов отмечается в широком интер­вале размеров зерен.

Рис. 6 - Эффект Баушингера при одноосной дефор­мации образца

Благодаря снятию пиков перенапряжения в исходном мате­риале при программной нагрузке удалось снизить порог хладноломкости технического железа. Предварительное про­граммной нагрузке образцов железа при 300° С до 17,5 кг/мм² не только повышает предел текучести при последующих стати­ческих испытаниях в среде жидкого азота с 42 кг/мм² (для ис­ходных образцов) до 55 кг/мм², но и улучшает его пластические свойства. Предварительное механическое упрочнение (т е. на большую степень и с большей скоростью деформации по сравнению с программным) вызывает образование большого числа перенапряженных мест, играющих при низких темпера­турах роль зародышей микротрещин. Поэтому быстро нагру­женные образцы железа при 300° С при последующем испыта­нии в среде жидкого азота разрушаются хрупко.

Снижение температурного порога хладноломкости железа после программной нагрузки послужило предпосылкой для изучения влияния режимов программной нагрузки на пла­стичность некоторых тугоплавких и хрупких металлов, в частности бериллия. Одной из распространенных гипотез о хрупко­сти бериллия является представление о неравномерном распре­делении примесей по кристаллографическим плоскостям.

Влияние упрочнения в результате программной нагрузки на вид кривой ползучести проявляется в том, что резко подав­ляется стадия I, уменьшается деформация на стадии II, а про­должительность всей стадии увеличивается.

Рис. 7 – Машинные диаграммы растяжения образцов до разрыва:

а — исходного, б—быстро деформированного, в — предварительно программированного.

При изучении разупрочнения при нагреве после програм­мной нагрузки не отмечается явлений возврата, а рекристаллизационные процессы резко тормозятся.

Так как упрочняющий эффект при программной нагрузке достигается при малых степенях деформации, то это определяет возможность осуществить эту обработку при весьма низких температурах.

Однако в работах И. А. Гиндина и других низкотемператур­ную деформацию проводили на сравнительно большие величины, при которых уже наблюдаются определенные изменения в суб­структуре. При этой своеобразной низкотемпературной МТО используют следующие особенности низкотемпературного де­формирования: накопление значительного количества скрытой энергии деформации и высокую однородность деформации. В связи с большой метастабильностью состояния температура эффективного нагрева для субструктурных изменений снижается вплоть до комнатной температуры. Действительно, при после­дующем «нагреве», например в случае железа, никеля или меди — при вылеживании при комнатной температуре, образуется тон­кая субзеренная структура, характеризующаяся высокой устой­чивостью. Вследствие этого наблюдается повышение сопротив­ляемости ползучести.

Поиск по сайту: