Реферат: Сверхпластичность

- плотность источников;

G - модуль сдвига;

B - постоянная величина, равная приблизительно 1/2. Уравнение основано на следующих предположениях:

* выстроившиеся в ряд дислокации генерируются источником внутри зерна;

* выстроившиеся в ряд дислокации создают обратное напряжение, действующее на источник, причем его величина пропорциональна числу дислокаций в скоплении, которое в свою очередь обратно пропорционально диаметру зерна;

* - количество источников в единице объема постоянно и не зависит от размера зерна.

Данные, полученные на меди и железе, согласуются с теоретическими результатами. На рис. 4 показано влияние размера зерна на начальную часть кривой напряжение - деформация, а из рис. 5 видно, что как и предполагалось, линейно зависит от . Кроме того, наклон кривых на рис. 4 изменяется пропорционально . Такие материалы, как Fe-Si, серебро, алюминий и -латунь не соответствуют приведенной выше теории и можно заключить, что избранная модель не применима к этим материалам по следующим причинам:

* дислокации могут генерироваться у границ зерен, как в случае сплава Fe-Si;

* внутризеренная субструктура может стать существенным препятствием для скольжения и плоские дислокационные скопления с дальнодействующими полями напряжений не могут образовываться у границ зерен.

Верхний и нижний пределы текучести. Существуют две точки зрения на верхний и нижний пределы текучести. Одна основана на сильном закреплении всех дислокаций и внезапном скачке деформации при генерации источников или освобождении этих дислокаций. Другая основана на динамическом размножении небольшого числа начальных дислокаций, которые сначала движутся при низком напряжении и, соответственно, с низкой скоростью.

В предельном случае теория, основанная на сильном закреплении дислокаций, предполагает, что микродеформация не будет наблюдаться, пока напряжение не станет примерно равным верхнему пределу текучести. В теории динамического размножения верхний предел текучести соответствует случаю, при котором скорость упругой деформации равна скорости пластической деформации; поэтому предполагается большая величина микродеформации, предшествующей верхнему пределу текучести, причем микродеформация должна впервые наблюдаться при напряжении заметно ниже верхнего предела текучести. Не вызывает сомнения, что данные, полученные на германии, кремнии и фтористом литии, подтверждают идею динамического размножения
Гилмана - Джонстона, но о каждом материале следует судить отдельно. Эксперименты по микродеформации показали, что сталь, содержащая 0.95% С, со сфероидальной структурой ведет себя вполне упруго вплоть до верхнего предела текучести, по крайней мере при чувствительности аппаратуры по пластической деформации около . Поведение этого материала подтверждает идею о связи верхнего придела текучести с внезапной генерации большого числа дислокаций. Зуб текучести (величина падения напряжения) - чувствительная функция соотношения между действующим напряжением и скоростью дислокаций. В случае сильного закрепления, вызванного выделением частиц карбида железа на исходных дислокациях в стали со сфероидальной структурой, может получиться так, что при достижении верхнего предела текучести будет происходить генерация новых дислокаций, а не освобождение старых.

Хрупкие материалы. Метод микродеформации - это потенциальный способ изучения скольжения в хрупких материалах. В экспериментах с макродеформацией разрушение происходит раньше, чем наблюдается пластическое поведение. На рис. 6 приведены данные по прочности мартенсита при комнатной температуре в зависимости от температуры отпуска. Так как деформация при измерении напряжения микротекучести была мала, все данные рис. 6 получены для одного образца.

Рис. 6. Изменение микроскопического предела текучести и твердости закаленной стали 4140 при отпуске. Закалка с 855°С:

1 - первая закалка; 2 - вторая закалка и охлаждение в жидком азоте; пунктирные линии - макроскопический предел текучести

Интересно отметить, что предел микротекучести хрупкого мартенсита закалки невысок. Был использован метод микродеформации для изучения упрочнения мартенсита. Результаты показывают, что при очень высокой плотности дислокаций в свежезакаленном мартенсите они первоначально подвижны, но движущиеся дислокации быстро затормаживаются в области микродеформаций из-за высокой концентрации растворенного углерода. Максимум прочности при 220°С связан с блокированием дислокаций частицами карбида железа.

Торможение точечными дефектами. Точечные дефекты, возникающие при пластической деформации, отжигаются, причем имеется несколько стадий процесса (I - V ) как показано на рис. 7. Механизм стадии II является в значительной мере неопределенным. Стадия III , вероятно, является следствием движения атомов внедрения к вакансиям и их аннигиляции; стадия IV - следствие движения вакансий к стокам, таким как дислокации или другие вакансии; аннигиляция дислокаций происходит на стадии IV . Некоторые исследователи связывают стадию III c движением дивакансий. Какой бы ни была природа точечных дефектов на любой стадии, они будут взаимодействовать с дислокациями и закреплять их. Измерение напряжения освобождения дислокаций покажет прочность закрепления. Так как закрепление слабое, а освобождение происходит при малых пластических деформациях, измерить этот эффект при макроскопическом эксперименте невозможно, потому что дислокации освобождаются до того, как наблюдается макроскопический предел текучести. На рис. 8 показан эффект закрепления точечными дефектами.

Рис. 7. Стадии возврата холоднодеформированного никеля высокой чистоты по данным измерений электросопротивления в течение 1 (1) 10 (2) и 20 мин (3)

Рис. 8. Данные по микродеформации никеля, очищенного зонной плавкой, подвергнутого ударной деформации и отжигу: 1 - после ударной деформации (70 кбар); 2 - после отжига при 310°С; 3 - после отжига при 310°С и деформации 0,9%

До закрепления величина равна 37.1 (3.71 ). После закрепления вакансиями на стадии IV при 310°С увеличивается примерно на 14.0 (1.4 ). Если образец подвергнуть деформации, чтобы дислокации вновь оказались незакрепленными, уменьшается примерно до своей первоначальной величины, поэтому можно утверждать, что увеличение предела текучести на 14.0 (1.4 ) связано с закреплением дислокации вакансиями. Работа, необходимая для преодоления связи между вакансиями и дислокациями, равна

,

где l - среднее расстояние между вакансиями вдоль линии дислокации.

Возможно также, что вакансии образуют скопления вдоль дислокации; в этом случае работа для перерезания скопления равна

,

где d - эффективный диаметр скопления;

l - среднее расстояние между скоплениями.

Напряжение Пайерлса. В кристалле всегда имеется сопротивление решетки движению дислокаций, или напряжение Пайерлса. Однако его влияние часто маскируется влиянием примесей и других дислокаций. Измерение напряжения Пайерлса также осложняется тем, что движение дислокаций может происходить с образованием перегибов, а не в результате жесткого движения всей дислокационной линии. Тем не менее, если оценивать эффект напряжения Пайерлса, то необходимо проводить эксперимент в области микродеформации, потому что напряжение Пайерлса будет активно действовать на самой ранней стадии движения дислокации, то есть до того, как начнут проявляться другие эффекты. Поэтому при исследовании характеристик температурной зависимости деформации о.ц.к. металлов, где, как часто считают, преобладает напряжение Пайерлса, измерения микродеформации дают наибольшую информацию.

Увеличение в области температур ниже 50°К считается результатом вклада напряжения Пайерлса. Выше 50°К оказывают эффективное влияние только примеси, так как термическая активация сводит на нет вклад напряжения Пайерлса в предел упругости железа.

Кристаллические полимеры. Большинство кристаллических полимеров сложнее, чем наименее совершенный металлический или ионный кристалл. Следовательно, виды деформации еще менее определены. Для разделения кристаллографической и некристаллографической деформаций была сделана попытка использовать метод микродеформаций.

На рис. 9 показан вид кривых микродеформации, полученных для кристаллического полиэтилена. Кривая деформации очень чувствительна к скорости деформации. После разгрузки образца происходит возврат деформации во времени, так что через некоторый период остаточная деформация исчезает. Для определения влияния скорости деформации на модуль необходимо использовать один и тот же образец.

Так как в экспериментах по микродеформации структура образца нарушается незначительно, можно использовать один и тот же образец снова и снова до тех пор, пока деформация остается полностью обратимой.

Было показано, что модуль Юнга в области микродеформации больше, чем в экспериментах по макродеформации. Действительно, начальный статический модуль в области микродеформации очень близок к динамическому модулю, определяемому при частоте порядка мегагерц. Последнее следует особо отметить, потому что большинство инженерных конструкций проектируется для работы в «упругой» области, которая фактически оказывается областью микропластичности.