Основные способы повышения вязкости

Для металлических материалов факторами, способствующими охрупчиванию, являются:

1. характерная для ОЦК - металлов малая растворимость примесей внедрения, скапливающихся на дислокациях (t₅₀ для ОЦК - металлов технической чистоты: Fe – 0°С, Cr – 370°C, W – 330°C),

2. присутствие охрупчивающих примесей и химических соединений, сосредоточенных, как правило, на дислокациях и по границами зерен,

3. крупнозернистость структуры, вызывающая увеличение концентрации охрупчивающих примесей и включений на границах зерен, сокращающая путь трещин вдоль границ, способствующая образованию больших плоских скоплений дислокаций и т.д.,

4. высокая плотность дислокаций (10¹² см^-2 ), при которой практически отсутствуют подвижные дислокации,

5. понижение температуры и увеличение скорости деформирования, уменьшающие подвижность атомов примесей и дислокаций;

6. наличие опасных концентраторов напряжений;

7. увеличение размеров деталей (масштабный фактор), повышающее вероятность присутствия опасного концентратора напряжений и величину запасенной энергии разрушения;

Повышению вязкости конструкционных материалов способствует:

1. обеспечение достаточной подвижности дислокаций,

2. очищение от охрупчивающих примесей,

3. повышение однородности и дисперсности (измельченности) микроструктуры (уменьшение среднего размера зерен и упрочняющих фаз при минимальном разбросе размеров),

4. уменьшение концентрации примесей внедрения, особенно, в случае ОЦК решетки,

5. легирование элементами, повышающими вязкость,

6. избегание концентраторов напряжений (надрезов, включений с острыми краями, очагов коррозии, резких изменений жесткости детали)

7. использование материалов с ГЦК решеткой, для которой отсутствует порог хладоломкости, потому что растворимость примесных атомов внедрения в ГЦК решетке существенно выше, чем в ОЦК, вследствие чего при прочих равных условиях они являются более трещиностойкими.

В сталях для повышения вязкости и понижения температуры вязко-хрупкого перехода (хпадостойкости):

1. используют высокодисперсную ферритно-цементитную структуру,

2. уменьшают концентрацию охрупчивающих примесей: серы, образующей хрупкие непрочные сульфиды по границам зерен, фосфора, скапливающегося вблизи границ зерен, кислорода, азота, водорода в составе оксидов, нитридов, метана или атомарно закрепляющих дислокации,

3. легируют, в первую очередь, никелем, понижающим t₅₀ на 60°С при введении 1% никеля, так как его присутствие уменьшает связь примесей внедрения с дислокациями,

4. используют аустенитные стали, имеющие ГЦК-решетку при температурах эксплуатации.

В титановых сплавах охрупчивающими примесями являются примеси внедрения: водород, образующий гидриды, углерод из-за выделения карбида TiC, кислород, азот, закрепляющие дислокации.

В алюминиевых сплавах понижение пластичности связано с присутствием примеси железа, образующего хрупкие иглообразные соединения Al₃Fe и одновременно кремния и железа, соединяющиеся в хрупкие тройные фазы (Al-Si-Fe).

В медных сплавах примесями, способствующими охрупчиванию, являются кислород в составе закиси Cu₂O, висмут, нерастворимый в меди, сера в составе хрупкого соединения Cu₂S, водород, образующий с кислородом пары воды.