книги из ГПНТБ / Рытвин Е.И. Платиновые металлы и сплавы в производстве стеклянного волокна [учеб. пособие]

Границы зерен

Рис. 41. Схемы некоторых типов внутризеренпых микрорельефов (первая группа):

а — одинарное однородное скольжение; б — множественное однородно? сколь­ жение; о — одинарное неоднородное скольжение; с — множественное неодно­ родное скольжение (по Лозинскому и Перцовскому).

Рис. 42. Структура поверхности образца платины, деформирован­ ного при 400 °С и <тнач= 4,6 кге/мм3 (X 47,5):

а — до приложения нагрузки; б — через 9,5 ч после приложения нагрузки при 6 = 6,5% (по Лозинскому и Перцовскому).

жения. Предполагают, что волнистые полосы возникают в результате скольжения в направлении [ПО]1 по пло­ скостям (111), а прямолинейные — по плоскостям (100).

Рис. 43. Схемы некоторых типов микрорельефов (вторая группа), возникающих преимущественно на границах зерен при высокотем­ пературной деформации:

а — взаимное смещение зерен; б — образование складок; в — появление субграннц (фрагментация зерен); г — направленная миграция зерен (по Лозин­ скому и Перцовскому).

Рис. 44. Взаимное смещение зерен в результате деформации образца

С повышением температуры в области «низкотемпе­ ратурной» деформации происходит уширение следов скольжения п увеличение расстояния между ними.

При переходе от «низкотемпературной» к «высоко­ температурной» деформации наблюдается изменение ме­ ханизма ползучести и соответственно изменяется харак­ тер микрорельефа на поверхности металла.

Схемы некоторых типов микрорельефов второй груп­ пы, возникающих при «высокотемпературной» деформа­ ции, показаны на рис. 43. Микрорельефы второй груп­ пы, наблюдаемые на платине и палладии, характеризу­ ются наличием взаимного смещения зерен (рис. 44), миграцией границ зерен (рис. 45), образованием и раз-

витнем складок (рис. 46), появлением субграниц (рис. 47). Возникновение микрорельефов той или иной груп­ пы, а также того или иного вида зависит от температу­ ры и напряжений. Поэтому в результате высокотемпера­ турной ползучести платиновых металлов и сплавов мо­ гут наблюдаться сложные микрорельефы, одновременно относящиеся и к первой и ко второй группе.

На рис. 48 показана микроструктура образца пла­

верхности отдельных зерен образца платины появились почти прямолинейные и волнистые следы скольжения. В одних случаях эти следы проходят через границу зе­

по всей площади, в других — они заметны только в цент-

114

ре или вообще не наблюдаются. У стыков трех зерен заметна миграция их границ и образование складок, что может быть следствием действия приложенного напря-

жения. Примеры образования субграниц (фрагментации) зерен можно видеть на микрофотографии образца спла­ ва ПлРд-15, испытанного на ползучесть при 1400°С и сгцач=1,3 кгс/мм2 (рис. 49). Следы поперечного сколь­ жения на этом образце еле заметны только на одном из зерен.

На рис. 50 показана микроструктура образца сплава ПлРд-7, испытанного на ползучесть при 1500 °С и оНач = = 0,5 кгс/мм2. В результате ползучести происходит межзеренная деформация, что можно наблюдать по смеще­ нию риски, нанесенной перед испытанием так, что она линейно проходила по телу двух зерен, пересекая грани­ цу между ними. После испытаний риска оказалась изо­ гнутой в зоне границы зерен. Миграция границ зерен при ползучести платиновых сплавов может сопрово­ ждаться деформацией самих зерен, локализованной в приграничных участках.

На рис. 51 хорошо видно, как в результате ползу­ чести происходит смятие приграничных участков самих зерен, что свидетельствует о внутрпзеренной пригранич­ ной деформации. Таким образом, ползучесть платиновых металлов при высоких температурах может быть след­ ствием как межзеренной, так и внутрпзеренной деформа­ ции. В зависимости от температуры и напряжения изме­ няется вклад каждого из указанных двух -видов дефор­ мации в общее удлинение образца при ползучести.

В табл. 7* представлены данные о вкладе межзерен­ ной деформации в общее удлинение образца платиноро­ диевых сплавов после четырехчасовой ползучести при различных температурах.

* Н о в и к о в И. И. и др. Изв. вузов. Цвети, металлург., 1969, № 3, с. 140—143.

116

Как следует из данных табл. 7, вклад межзеренной деформации на установившейся стадии ползучести ((Тгр/ообщ, %) с повышением температуры и с увеличени­ ем напряжения, как правило, уменьшается. Вклад меж­ зеренной деформации в общее удлинение образца сни­ жается также с повышением содержания в сплаве родия с 10 до 15%. Значительные величины отношения сггр/оЪбщ отчасти могут быть объяснены тем, что межзеренные смещения в сплаве являются скорее всего результатом внутризеренной деформации, локализованной в пригра­ ничных участках. Характер деформации при ползучести оказывает существенное влияние на долговечность ме­ талла, разрушение которого может происходить по телу и по границам зерен. Часто металлы, вязко разрушаю­ щиеся по телу зерен при комнатной температуре, при повышенных температурах и небольших скоростях де­ формации разрушаются по границам зерен. Существует три возможных механизма разрушения (образования трещин) при ползучести металла:

1.В результате скольжения по границам зерен в участках стыка трех зерен концентрируются напряжения, достаточные для возникновения трещины. Это характер­ но для больших скоростей деформации, при которых создаваемые напряжения превышают некоторые крити­ ческие значения.

2.При конденсации вакансий на границах зерен воз­ никают поры, которые, соединяясь, образуют трещины (чаще всего на стыках трех зерен).

3.В результате встречи полос скольжения с грани­ цами зерен на этих границах могут образоваться сту­

117

пеньки, способствующие при последующем скольжении' по границам зерен возникновению пустот. Однако такой механизм зарождения трещин встречается довольно редко.

Долговечность и длительная прочность металлов и сплавов при ползучести, так же как и скорость ползу­ чести, зависят от температуры, действующих напряже­ ний и других структурных и химических факторов. Вза­ имосвязь между скоростью ползучести и долговечностью не является простой, хотя для металлов с близкой и до­ статочно высокой деформационной способностью долго­ вечность тем выше, чем меньше скорость ползучести. Когда на границах зерен происходит скопление (сегрега­ ция) примесей или образование хрупких пленок, насту­ пает преждевременное, иногда очень быстрое межзеренное разрушение даже при сравнительно малых скоростях ползучести. Чтобы иметь определенные представления о ползучести и долговечности платиновых металлов и сплавов, целесообразно рассмотреть некоторые экспери­ ментальные данные.

Ранее уже отмечалось, что жаропрочность металлов при длительной эксплуатации может быть оценена не­ сколькими критериями, которые характеризуют ползу­ честь и прочность при нагреве. Далее в книге представ­ лены данные, позволяющие судить о ползучести и проч­ ности платиновых металлов п их сплавов при температу­ рах, близких к температурам эксплуатации стеклопла­ вильных сосудов. Ниже приведены данные, характери­ зующие ползучесть платиновых металлов при сжатии*:

Как видно, для того, чтобы в условиях сжатия при 1000°С произошла 1%-ная деформация, к платине надо приложить значительно меньшее напряжение, чем к пал­ ладию. Как и следовало ожидать, при 1000°С надо при­

118

ложить достаточно большое напряжение сжатия, чтобы вызвать деформацию таких тугоплавких металлов, как родий и иридий.

На рис. 52 показана температурная зависимость дол­ говечности и скорости ползучести платины и палладия при растяжении. Сопротивление ползучести при растя­ жении у палладия оказалось более высоким, чем у пла­ тины. По длительной прочности и по долговечности при

(100-часовая) прочность.

соответствующих температурах палладии уступает платине. Но при одинаковых гомологических температурах у палладия выше длительная прочность и длительнее время до разрушения, чем у платины (рис. 53).

Сравнительные данные о длительной 100-часовой прочности (оюоч, кге/мм2) платины, палладия и некото­ рых их сплавов при различной температуре представле­ ны ниже*:

119

Значительный практический интерес представляют данные о долговечности при 1200—1500°С сплавов ПлРд-7 и ПлРд-10 — традиционных материалов для из­ готовления стеклоплавильных сосудов.

При исследовании сплавов ПлРд-7 и ПлРд-10, при­ готовленных из технически чистых металлов, долговеч­ ность этих сплавов (в ч), т. е. время до разрушения при различной температуре составляло:

В другой работе* был исследован сплав ПлРд-10, содержащий 0,05% палладия, 0,02% иридия, 0,002% рутения, 0,008% золота и 0,004% серебра, а также не­ благородные примеси — кальций, магний, марганец и свинец — по 0,0002%, никель — 0,0003%, кремний —

0,0005%, бор — 0,0007%, медь — 0,005%, железо — 0,02% (табл. 8).

Несовпадение значений времени до разрушения при одинаковых температурах и близких напряжениях для сплава ПлРд-10 можно объяснить различием методик испытания и разным содержанием примесей в сплавах, примененных в различных исследованиях. Однако в дан­ ном случае принципиально важны не абсолютные зна­ чения времени до разрушения, а полученные зависи­ мости резкого снижения долговечности платинородие­ вых сплавов с увеличением напряжения или повышением температуры испытаний. В табл. 9 представлены дан­ ные*, которые показывают, как сильно могут изменять­ ся напряжения в зависимости от температуры, для по-

* P l a t i n u m Metals Rev., 1963, v. 7, № 2, p. 42—48.

120

лучения равной деформации сплава ПлРд-10 за опре­ деленное время.

Деформация платины и ее сплавов может сильно зависеть не только от напряжения и температуры, но и

ститута металлургии имени А. А. Байкова», I960, вып. 5, с. 139—

144.

121