1.8 Про структурний механізм релаксації напружень у метастабільних сплавах

Релаксація напружень є одним з видів пластичної деформації, що характеризується деякими особливостями. У чистому вигляді релаксація зовнішніх, тобто макроскопічних, напружень здійснюється при навантажені типу межі пружності і збереженні сталості деформації, є сумою пружнього і пластичного компонентів:

(1.9)

В початкову мить навантаження вся деформація є пружною, тобто . При збільшені часу видержки частина пружної деформації переходить у пластичну, тобто.

Взагалі компонента пластичної деформації являє собою суму зсувної (механічної) компоненти і компоненти дифузійної пластичності, обумовленої протіканням грузлої і зернограничної текучості і реалізується при температурах більше 0,5Т_пл.

Дослідження показали, що на релаксацію напружень великий вплив робить метастабільність структури сплавів. Протікання структурних і фазових перетворень у сплавах, що знаходяться під навантаженням, сприяє посиленню релаксації напружень унаслідок розвитку особливого структурного механізму релаксації. У випадку інтенсивного розвитку процесів, що стабілізують структуру сплаву, цей механізм може впливати на релаксацію напружень [16].

Для сплавів, що працюють при температурах 0,5Т_пл в умовах релаксації напружень, можна, зневажаючи компонентом дифузійної пластичності, прийняти, що пластична деформація при релаксації (ε_пл) дорівнює сумі зсувної (ε_сд) і структурної (ε_стр) компонент:

(1.10)

Будь-яка структура сплаву є метастабільною. Ступінь нестабільності структури визначається перевищенням рівня її вільної енергії над рівноважною. Термодинамічна метастабільність структури може бути зумовлена зміною хімічної вільної енергії, впливом енергії деформації і енергії поверхонь розділу.

У випадках, коди зміна стабільності структури відбувається при накладенні зовнішніх напружень, ці напруження релаксують відповідно до обсягу й інтенсивності протікання процесів, що стабілізують структуру сплаву. У випадку протікання в сплаві декількох процесів, стабілізують структуру, кінетика релаксації напружень визначається кінетикою ведучого за обсягом та інтенсивністю процесу.

Структурні і фазові перетворення можуть і полегшувати процес зсувоутворення, і підвищувати опір зрушенню, внаслідок зміцнення сплавів у процесі фазових перетворень, що стабілізують структуру. Важливою є швидкість переходу в більш стабільний стан. Сильнішій швидкості переходу в більш стабільний стан відповідає велика релаксація напружень. Стабілізація відбувається як у результаті дифузійного процесу, так і бездифузійного.

Процеси, що стабілізують структуру, поділяються на: І – процеси, що протікають за схемою мономолекулярних реакцій; ІІ – процеси, що протікають за схемою послідовних реакцій [16].

Перші процеси відбуваються з виключенням обсягу, у якому пройшло перетворення, з подальшої участі у фазовому перетворенні.

В другому випадку, релаксація напруг в елементарному обсязі відбувається стрибком від початкової напруги до кінцевої.

Подальша релаксація протікає за структурним механізмом в нових елементарних обсягах, у яких протікають фазові перетворення. Одночасно відбувається перерозподіл напружень в обсязі сплаву. У зв’язку з цим напруження в областях, що зазнають фазові перетворення за мономолекулярною схемою, можуть додатково змінитися.

Напруження в обсязі проходять ряд стадій До того ж, рівень напружень в окремих елементарних обсягах може бути різним.

Структурний механізм напружень необхідно враховувати при виборі раціонального легування та режимів термопластичного зміцнення сплавів, а також умов їхньої експлуатації. Необхідно умовою підвищеної релаксаційної стійкості сплавів є «стабільність» їхнього метастабільного стану, тобто забезпечення найбільш повільного розвитку структурних і фазових перетворень у процесі релаксації напружень.

Релаксація напружень у метастабільних сплавах визначається структурним і зсувним механізмом. При інтенсивному розвитку фазових перетворень у момент релаксації напружень основним є структурний механізм, що може виявлятися і при низьких температурах.