книги из ГПНТБ / Папиров И.И. Пластическая деформация бериллия
.pdfсуется с величиной критических напряжений сдвига в базисной плоскости в монокристаллах технической чистоты [8].
Примеси должны оказывать |
слабое влияние на величину Ку |
и более сильное — на величину |
а*. У горячепрессованного метал |
ла изменение о\- оказывается большим, чем у деформированного
(см. кривые |
2 и б, а также |
3 |
и 7 на рис. 5.1). Этот результат |
|
согласуется |
с фактом |
более |
сильного влияния примесей на |
|
т (оооі) п о сравнению с |
т ( ] о Т |
о ) . |
|
Влияние температуры на значение коэффициентов уравнения Холла — Петча для бериллия изучено недостаточно. По данным Джекобсона [25], изменение температуры в пределах 173—373° К не приводит к изменению величины Ку независимо от характера
текстуры |
металла. |
|
Величина |
о* уменьшается |
с |
ростом темпе |
||||||||||
ратуры, |
причем |
у |
текстурированного |
металла |
это |
уменьшение |
||||||||||
менее резкое, чем |
у |
горячепрессованного. |
По |
нашим |
данным, |
|||||||||||
полученным при исследовании бериллия высокой |
степени |
чи |
||||||||||||||
стоты с |
относительно |
слабой текстурой |
[24], Ку |
слабо |
зависит |
|||||||||||
от |
температуры |
в |
|
области |
213—573 К, |
а |
а, |
уменьшается |
от |
|||||||
9 кГ/мм2 |
при 22° С до 2,3 кГ/мм2 |
при 250° С. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
С другой стороны, по данным Аллена и Мура [16], получен |
|||||||||||||||
ным при |
растяжении |
сравнительно |
крупнозернистых листов, |
а,- |
||||||||||||
возрастает с 2,2 |
до |
6,5 кГ/мм2 |
при |
повышении температуры |
от |
|||||||||||
293 до 473° К, а |
Ку |
падает от |
1,32 до 0,15 |
кГ/мм2,12. |
Возрастание |
|||||||||||
а,- с температурой является необычным, и эти |
результаты нуж |
|||||||||||||||
даются в проверке. |
Учитывая физическую |
природу |
а,-, |
следует |
||||||||||||
ожидать, что эта величина в принципе должна |
уменьшаться с |
|||||||||||||||
возрастанием температуры [33]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Уменьшение а, и постоянство Ку при увеличении температу |
|||||||||||||||
ры |
характерно |
для |
|
некоторых |
металлов |
с |
о. ц. к.-структурой |
|||||||||
[34, |
35]. Однако |
у M g |
величина |
Ку довольно резко уменьшается |
||||||||||||
с повышением |
температуры |
[36]. В |
соответствии |
с |
представле |
|||||||||||
ниями Коттрелла о блокировке |
дислокаций |
Ку |
должна |
зависеть |
от температуры и скорости деформации. С другой стороны, Кон рад [37] считает, что величина Ку не должна зависеть от темпе ратуры в случае, когда критические напряжения сдвига опре деляются напряжениями Пайерлса — Набарро.
Если предположить, что макроскопическое течение происхо дит, когда концентрация напряжений у границ зерен достигает величины т к р , необходимой для распространения скольжения в соседнее зерно, можно в соответствии с моделью Коттрелла пе реписать уравнение (5.3) в виде
|
|
|
|
|
|
(5.6) |
Считая |
р = 16,4-10и дин/см2, |
6 = 2,29 - Ю - 8 см, |
для бе |
|||
риллия |
с произвольной ориентацией |
зерен |
можно |
получить |
||
т к р = 380 |
кГ1мм2~О/40 |
[14]. Для |
текстурированного |
бериллия |
||
т к р = 1 6 0 |
Kr/MM2~G/\00. |
Приняв |
во |
внимание |
высокие значе- |
<ния тК р, Конрад и Перлмюттер [14] предположили, что величина Ку у бериллия связана с генерированием пирамидальных дисло каций, причем в случае металла с произвольной ориентацией кристаллитов для передачи скольжения требуется большее ко личество пирамидальных дислокаций.
Так как границы зерен препятствуют скольжению на раз личных стадиях деформации, напряжение течения при опреде ленной деформации о (є) также должно зависеть от размера
кристаллитов. Соотношение |
между напряжением течения а (є) |
||
•и размером зерна имеет |
вид, аналогичный виду |
уравнения |
|
Холла — Петча: |
|
|
|
о(г) |
= |
о',+К'у<Г,и. |
(5.7) |
Это уравнение обычно удовлетворительно согласуется с экспе риментальными данными. При анализе уравнения (5.7) необхо димо учитывать, что в процессе деформации дислокационная •структура и ориентация кристаллитов непрерывно меняются (повышается плотность дислокаций и образуются дислокацион ные стенки).
Коэффициенты а'і и К'у по своей структуре и величине суще ственно отличаются от коэффициентов уравнения Холла — Пет ча. Принимая во внимание, что по крайней мере на ранних
стадиях |
деформации |
а(е) = М а 5 = М ( о г + / С м с Г 1 / 2 ) , |
:можно |
с |
уче |
||||
том уравнения |
(5.7) |
записать, |
что К'у=МКу, |
а а\ =М<л. |
Из |
вы |
|||
ражения |
(5.5) |
следует, что Ку =ModLU2, |
и |
тогда |
для констант |
||||
уравнения (5.7) справедливы |
выражения: |
|
|
|
|
||||
|
|
Ку = M\L4'- |
и а] = |
Mat. |
|
|
|
(5.8) |
Здесь Gi соответствует приведенному напряжению сдвига в мо нокристалле.
Выше предела текучести кривая напряжение — деформация
может быть описана следующей зависимостью: |
|
|
or(e) = |
ff(0)+AeV», |
(5.9) |
где а (є)—напряжение течения; |
а(0)—напряжение, |
соответст |
вующее нулевой пластической деформации (это напряжение, по Конраду, удовлетворительно согласуется с пределом пропорцію-
нальности и находится |
методом экстраполяции); h — коэффи |
|
циент, отличающийся |
от коэффициента упрочнения |
K=do/ds. |
Зависимость (5.9) характерна, например, для титана в широкой области деформации [38], а также для деформированного берил
лия |
[39]. Изменение напряжений течения от деформации |
для |
||
двух |
сортов бериллия, полученных |
высокотемпературной |
про |
|
каткой и |
осадкой металлокерамнческого. бериллия повышенной |
|||
чистоты, |
представлене на рис. 5.2. |
Экспериментальные |
точки |
удовлетворительно укладываются на прямые линии в координа тах а—є1/2. Величина о(0) уменьшается с температурой; у про-
16 Зак. 54 |
241 |
катанного металла она выше, чем у осаженного. Коэффициент к
у обоих сортов металла изменяется соответственно |
от 70 кГ/мм2 |
||||||
при 20° С до 30 кГ/мм2 при 300° С, |
что в принципе |
свидетельст |
|||||
вует об одинаковом механизме упрочнения. |
|
||||||
Уменьшение |
величины |
зерна |
сопровождается |
изменением |
|||
коэффициента |
упрочнения |
K = dald%. |
По |
нашим данным, полу |
|||
ченным |
при исследовании деформированного металла высокой |
||||||
степени |
чистоты [24], зависимость |
К |
от |
d относительно слабая; |
\зоо°к
|
0 |
0,1 |
|
0,2 |
|
|
0,3 |
|
Є%т |
|
||
Рис. 5.2. Зависимость истинных напряжении те |
|
|||||||||||
чения |
Оцет от |
истинной деформации |
є „ с т (є = |
|
||||||||
|
= 0,04 |
мин~') |
и |
температуры |
испытании |
\39]: |
|
|
||||
1 |
— прокатанный |
бериллии; |
2 — бериллий , |
д е ф о р м и р о в а н |
|
|||||||
|
|
|
|
ный |
о с а д к о й . |
|
|
|
|
|
|
|
с увеличением размеров |
зерен от |
31 |
до |
116 |
мклі |
коэффициент |
||||||
упрочнения |
при |
20° С |
изменяется |
соответственно |
от |
390 до |
||||||
450 кГ/мм2 |
(при |
е = 0,1%). С увеличением є |
значение К |
умень |
||||||||
шается. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параболическое соотношение между о и є выполняется в том
случае, когда плотность дислокаций возрастает линейно |
с де |
||||||
формацией^ или когда деформационное упрочнение |
пропорцио |
||||||
нально У р (р — плотность дислокаций). В этом случае h = |
aGbAr |
||||||
где а = 0,5, А — константа пропорциональности |
между р и є [38]. |
||||||
Зависимость напряжений течения от плотности |
дислокации |
||||||
(по крайней мере, для Ті [38]) |
также |
имеет |
вид, |
аналогичный |
|||
уравнению (5.9). Учитывая |
то обстоятельство, |
что в области те |
|||||
чения |
|
|
|
|
|
|
|
р' / г = р ; / ' + |
А&И |
- |
р'2'"- + |
Ed'4'} |
|
|
(5.10) |
Джонес и Конрад [38] нашли |
следующую зависимость |
между |
|||||
гт(г), р и d: |
|
|
|
|
|
|
|
а (є) = (оп_н -[- aGbp'J') |
-|- aGbBcT4: |
|
|
(5.11> |
Уравнение (5.11) представляет собой не что |
иное, как |
уравне |
|
ние Холла •—Петча для напряжений течения |
(5.7), в |
котором |
|
Ос = оп - и |
+ aGbp2', |
|
(5.12) |
K'„ = |
aGbB. |
|
(5.13) |
Хотя физическая природа влияния размера зерна на напря жение течения и особенно на предел текучести до конца не вы
яснена, из |
уравнения |
(5.12) следует, что это влияние |
связано |
с разной плотностью |
дислокаций, генерируемых в образцах с |
||
различным |
размером |
зерна. |
|
Как отмечалось ранее, коэффициент К'у увеличивается с ро |
|||
стом деформации и при разрушающих напряжениях ар |
харак |
теризует склонность металла к разрушению. Зависимость раз рушающих напряжений от размера зерна определяется соотно шением Петча — Стро [40, 41]:
op*=o0 + Kp(Tlf'. |
(5.14) |
Как и соотношение (5.3), это уравнение выведено эмпирически путем обработки экспериментальных результатов, однако его также можно интерпретировать на основе дислокационных пред ставлений о разрушении.
60
4 і |
J |
|
8 7 .
|
40 |
X |
5: |
|
|
г: |
|
|
20
/в
мм**
Рис. 5.3. Влияние размеров зерен в бериллии на разрушающее напряжение при 20° С:
/ — горячепрессованный |
бериллий |
п р о м ы ш л е н н о й |
чистоты, |
||||||||||
с о д е р ж а щ и й |
от |
3,3 |
д о |
5 , 3 % |
В е О [23]; |
2 — горячепрессован |
|||||||
ный м е т а л л |
п р о м ы ш л е н н о й |
чистоты |71: |
3 — то |
ж е |
|
после |
в ы |
||||||
д а в л и в а н и я ; |
4—листы, |
полученные |
прокаткой |
горячепрессо- |
|||||||||
ванного |
промышленного |
металла |
[12]; 5 — л и с т ы , |
полученные |
|||||||||
прокаткой горячепрессованного |
электролитического |
металла |
|||||||||||
[21]; 6 — листы, |
полученные |
прокаткой |
слитков |
электролити |
|||||||||
ческого |
металла |
чистотой 99 . 6% |
[16]; |
7 — горячепрессованный |
|||||||||
м е т а л л |
с относительно б о л ь ш и м |
с о д е р ж а н и е м В е О |
[18|; |
8—ли |
|||||||||
сты, полученные |
осадкой и прокаткой слнтков дистиллиро |
||||||||||||
|
ванного |
металла |
чистотой |
~ |
99 . 9% |
[24]. |
|
|
Зависимость разрушающих напряжений и предела прочности от размеров зерен неоднократно исследовалась для бериллия. Результаты этих исследований приведены на рис. 5.3. Значения коэффициентов оо, КР и отношения KpfE приведены в табл. 5.2.
Т а б л и ц а 5.2
Параметры з„ » Ар в уравнении Петча — Стро (5.14) для металлов с г.п.у.- структурой
|
Способ обработки |
|
|
_- |
|
Г? |
|
о. |
||
|
с |
|
3 |
|
С" |
|
||||
•=: |
|
|
|
|
|
|
|
Л |
||
|
|
|
|
|
|
'< |
|
|||
|
|
|
|
>, |
|
о* |
|
|
|
Си |
ь |
|
|
|
|
° |
|
а. |
|
CJ |
|
|
|
|
|
|
g |
к 0 . |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Cd |
Теплая |
прокатка |
Произволь |
78 |
0,2 |
6,3 |
4,7 |
8,4 |
[14] |
|
|
и отжиг |
|
ная |
|
0 |
|
3,37 |
|
[14] |
|
Z n |
Выдавливание |
— |
78 |
0 |
3,1 |
|||||
|
То |
же |
|
— |
293 |
0,1 |
4,7 |
4,74 |
4,5 |
[14] |
M g |
Прокатка, |
|
— |
78 |
0,02 |
4,2 |
2,8 |
6,2 |
[14] |
|
|
отжиг |
|
|
300 |
|
10 |
10 |
3,4 |
[12] |
|
Be |
Прокатка |
Сильная |
0 , 2 - 0 , 8 |
|||||||
|
|
|
|
базисная |
300 |
0,02 |
10 |
|
1 |
|
|
Прессование |
Произволь |
2,98 |
[12] |
||||||
|
Выдавливание |
ная |
300 |
0,04 |
10 |
6,85 |
2,3 |
|
||
|
Базисная |
[7] |
||||||||
|
Прокатка |
электро |
» |
300 |
— |
0 |
8,9 |
3 |
[16] |
|
|
литического |
» |
273 |
— |
0 |
8,9 |
3 |
[16] |
||
|
То |
же |
|
|||||||
|
» |
|
» |
373 |
— |
0 |
7 |
2,4 |
[16] |
|
|
Горячее |
прессова |
Произволь |
300 |
0,01 — |
13 |
3,6 |
1,2 |
118] |
|
|
ние магниетерми- |
ная |
|
0,03 |
|
|
|
|
||
|
ческого |
|
|
300 |
0,01 — |
7 |
3,6 |
1,2 |
[18] |
|
|
Горячее |
прессо |
|
|||||||
|
вание дистилли |
|
|
0,03 |
|
|
|
|
||
|
рованного берил |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
лия |
|
|
300 |
0 , 0 1 — |
18 |
2,3 |
0,8 |
[18] |
|
|
Горячее |
прессо |
|
|||||||
|
вание мелкозер |
|
|
0,03 |
|
|
|
|
||
|
нистого |
бериллия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с повышенным |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
содержанием |
ВеО |
— |
300 |
|
14,2 |
4,17 |
|
[24] |
|
|
Деформация |
слит |
0,08 |
1,4 |
||||||
|
ка высокой |
чис |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тоты |
|
|
|
|
|
|
|
|
Большая часть экспериментальных результатов (без учета кри вых 5 и б на рис. 5.3, вообще выпадающих из рассмотрения) указывает на то, что со не зависит от текстуры металла и со ставляет 12—15 кГ/мм2. Сравнение кривых 8 (для текстурированного металла чистотой 99,9%) и 7 (для изотропного метал-
локерамлческого бериллия с малым содержанием примесей металлических элементов и большим содержанием ВеО) с кри
выми 2—4 |
(для бериллия технической чистоты с высокой кон |
|||||||
центрацией |
ВеО) |
показывает, что величина |
0 О слабо |
зависит от |
||||
содержания |
примесей. |
Однако, по |
данным |
работы |
[18], такая |
|||
зависимость |
все |
же имеет |
место. |
Об |
этом |
свидетельствуют и |
||
кривые / и 7 на |
рис. 5.3. |
Конрад |
и Перлмюттер [14] полагают, |
|||||
что величина Со у бериллия связана |
с критическим |
напряже |
||||||
нием сдвига |
в плоскости |
призмы |
I рода. |
Действительно, |
||||
Go/2=6-^8 |
кГ/мм2, что |
хорошо согласуется |
с величиной Т(1 0 т0 )- |
В пользу этого предположения свидетельствует и относительно слабая зависимость во от содержания примесей.
Константа Кр зависит от текстуры бериллия: минимальное значение (2—3 кГ/мм )" соответствует металлу с изотропной структурой, полученному горячим прессованием порошков (см. кривые. 2 и 7 на рис. 5.3), а максимальное (до 10 кГ/мм31')—• сильно текстурированному металлу (см. кривые 3, 4 на рис. 5.3). Увеличение деформации до разрушения приводит к росту Кр-
По мнению авторов работы [14], низкое значение Кр у берил лия с изотропной структурой при 20°С объясняется тем, что та кой металл разрушается хрупко, а именно — сколом по базисной плоскости. Наоборот, более высокие значения Кр у деформиро ванного металла (при испытании его вдоль направления про катки, ковки и т. д.) объясняются разрушением его по плоскости призмы I I рода.
То обстоятельство, что Кр у бериллия с изотропной структу рой связано с разрушением по базисной плоскости, между тем
как |
ао близко к значению 2т(1 0 г0 ),еще |
не |
свидетельствует о |
не |
||||||
состоятельности указанного |
предположения [14]. Дело |
в том, |
что |
|||||||
при |
наличии |
границ |
зерен |
возможно |
образование |
скоплений |
||||
у границ, что |
приводит к разрушению |
по |
механизму |
Стро [30]: |
||||||
|
|
|
|
т ^+(тТ- |
|
|
(5Л5) |
|||
Считая |
L = d/2 |
(здесь d — размер зерна), |
G « 13,5-10й дин/см2, |
|||||||
можно |
получить |
для |
горячепрессованного |
металла |
у » |
|||||
— 900 эрг/см2, |
что удовлетворительно согласуется |
с энергией |
за |
рождения и распространения трещин в базисной плоскости [42].
Отношение К-р/Е у Be составляет (14-3,5) -104 мми~. Эта ве личина ниже, чем у M g и Cd и сравнима с данными для Zn . Отметим, что характер разрушения Zn и Be действительно имеет много общего.
Сведения о температурной зависимости коэффициентов урав нения Петча — Стро ограниченны. По нашим данным, полу ченным при растяжении образцов бериллия высокой степени чистоты с базисной текстурой, благоприятной для деформации скольжением по плоскостям призмы {1010} [24], Оо сначала сла-
бо растет |
от 16 кГ/мм2 |
при 20° |
С до —18—19 |
кГ/мм2 |
при |
100° С, |
а затем |
резко падает |
до 13,8 |
кГ/мм2 при 160° С. Следует |
отме |
||
тить, что |
подобным же |
образом изменяется |
и предел |
текучести |
образцов. Указанная аномалия, по-видимому, имеет ту же при роду, что и максимум на температурной зависимости Т ( | 0 - 1 0 ) мо нокристаллов (см. п. 2.8). Появление такого эффекта у поли кристаллов объясняется наличием текстуры, благоприятной для
призматического |
скольжения. |
|
|
|
|
|
|
|||
Величина |
/Ср |
у чистого |
бериллия |
с |
базисной |
текстурой [24] |
||||
растет с повышением |
температуры |
от |
4,17 кГ/мм3'2 |
при 20° С |
||||||
до 6,2 кГ/мм3'2 |
при |
160° С; одновременно |
ухудшается |
склон |
||||||
ность металла к хрупкому разрушению и возрастает |
деформа |
|||||||||
ция до разрушения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Величина |
пластичности |
металлов, |
подобно |
их |
прочности, |
|||||
также повышается с уменьшением размеров |
зерна. В |
частности, |
||||||||
у бериллия величина относительного удлинения при |
растяже |
|||||||||
нии растет |
как |
в области |
хрупкого, |
так и в области |
вязкого |
разрушений. Некоторые результаты исследований зависимости величины относительного удлинения при растяжении бериллия
от |
размеров зерен показаны |
на рис. 5.4, |
из которого |
видно, |
что |
|
с |
уменьшением |
величины d наблюдается |
прогрессирующий рост |
|||
в |
независимо от |
структуры |
материала |
и его состава. В свою |
||
очередь, общий |
уровень относительного |
удлинения |
зависит |
от |
степени совершенства текстуры и концентрации примесей. Что касается аналитического вида зависимости e p (d) , то для разных сортов металлокерамического бериллия он различен (видимо, вследствие различного состава образцов и повышения концен
трации |
примесц ВеО |
по мере |
уменьшения |
величины зерна). |
В случае бериллия высокой степени чистоты |
(см. кривая 3 на |
|||
рис. 5.4) |
выполняется |
следующая |
зависимость: |
|
|
|
е;/= = еЧ*+ |
А<ГЧ*. |
(5.16) |
Здесь єо и А — постоянные.
Размеры зерна в значительной степени определяют другие структурно-чувствительные свойства металлов [43]. Влияние размеров зерна в металлокерамическом бериллии промышлен ной чистоты на микропластические характеристики и прецизион
ный предел |
упругости сгп.п.у. изучалось в работе |
[44]. Показано, |
||||
что зависимость ап .п .у. металла, |
отожженного |
при |
924° С в |
тече |
||
ние 30 мин, |
от |
размеров зерна |
описывается |
соотношением |
Хол |
|
л а — Петча. У |
неотожженного |
металла с уменьшением d |
вели |
|||
чина ап.п.у. |
уменьшается. |
|
|
|
|
Твердость бериллия также возрастает с уменьшением раз меров зерна, однако данные о характере этого роста противо речивы. В соответствии с результатами работы [21] твердость по Виккерсу монотонно, но не линейно увеличивается с изменением параметра йГ~1/2. С другой стороны, по данным Банши и Арм-
стронга [45], для бериллия высокой степени чистоты хорошо вы полняется соотношение
|
Я = H0 + Knd~4\ |
(5.17) |
|
В заключение |
этого раздела |
отметим, что |
уравнения Хол |
ла — Петча и Петча — Стро, хотя |
и являются |
наиболее универ |
|
сальными, имеют |
все-таки ограниченную общность. В частности, |
Рис. 5.4. Влияние размеров зерен на относитель ное удлинение при растяжении бериллия при 20° С:
/ — горячепрессованный . |
с относительно м а л ы м с о д е р ж а - |
|||
пнем |
В е О |
[18]; 2— д е ф о р м и р о в а н н ы й , |
промышленной чи |
|
стоты |
|201; |
3 — справа |
вверху — д е ф о р м и р о в а н н ы й , высо |
|
|
|
кой |
чистоты [241. |
|
они не учитывают возможного изменения характера деформа ции и упрочнения с повышением степени деформации и с изме нением размеров зерен, а также распределения, размера и ко личества частиц вторичной фазы (это особенно важно в случае металлокерамического бериллия, неизбежно содержащего вклю чения ВеО, количество и размер которых, в свою очередь, зави сят от размеров зерна), плотности точечных дефектов п пр. [46]. Известно, например, что разрушающие напряжения в стали за висят от присутствия частиц карбида [47]. Облучение бериллия быстрыми нейтронами также приводит к нарушению соотно шения Холла — Петча [21, 22].
По мнению В. С. Ивановой и Л. Р. Ботвиной [48], соотноше ния Холла — Петча и Петча — Стро выполняются лишь в опре-
деленном |
интервале |
размеров зерен. |
В |
общем |
случае, когда |
|
размер |
зерна |
меняется в широком |
диапазоне, |
зависимость |
||
a(d '") |
может |
иметь |
S-образный вид, |
отражающий влияние |
внешних условий и особенность процессов разрушения в двух состояниях — в плоском напряженном и в состоянии плоской деформации. Тем не менее проверка указанных соотношений & различных частных случаях полезна для анализа механизма пластической деформации металлов и оценки возможностей улучшения их механических характеристик путем уменьшения размеров зерна.
5.1.2. Влияние размеров зерна на хладноломкость бериллия. Характер разрушения материалов (вязкий или хрупкий) зави сит от типа решетки, состава, структурного состояния и условий
испытаний. Обычно металлы с |
г. ц. к.-структурой оказываются |
|||
вязкими в широком |
интервале температур. Металлы с о. ц. к.- |
и |
||
г. п. у.-структурамн |
могут быть хрупкими при низких и вязкими |
|||
при высоких температурах. Охрупчивание |
металлов при пони |
|||
жении температуры |
испытаний |
называют |
хладноломкостью, |
а |
температуру перехода из хрупкого состояния в вязкое обозна чают Тх. Величина Г х обычно соответствует температуре резкого» увеличения вязкостных характеристик (например, ударной вяз кости) . Во многих случаях (особенно у металлов с г. п. у.-струк- турой) вязкость увеличивается с температурой монотонно и пе реходу из хрупкого состояния в вязкое соответствует не опре деленная температура, а целая температурная область. В этом случае за величину Тх условно принимают среднее значение тем пературного интервала либо указывают верхний и нижний тем пературные пороги хладноломкости.
Отметим, что во многих работах под величиной Тх понимают не температуру перехода из хрупкого состояния в вязкое, а тем пературу перехода из хрупкого состояния в пластичное. Как уже отмечалось ранее (см. гл. 3), повышение пластичности не всегда эквивалентно увеличению вязкости материала, и поэтому мате риал может обладать заметной пластичностью при незначи тельной вязкости. К числу таких материалов относится и бе риллий. В дальнейшем под величиной Тх всегда подразуме вается температура перехода из хрупкого состояния в пластич
ное. |
Соответственно под хладноломкостью |
понимается |
разру |
||||
шение с малыми пластическими |
деформациями. |
|
|
||||
|
А. Ф. Иоффе с сотр. [49] впервые показали, что величина |
Тх |
|||||
соответствует |
температуре, при |
которой разрушающие |
напря |
||||
жения равны |
пределу текучести. В дальнейшем Н. Н. Давиден- |
||||||
ков [50] установил, что температура перехода Г х находится |
не |
||||||
сколько выше точки пересечения |
кривых Ор{Т) и as(T), |
так |
как |
||||
величина а р |
по мере ' деформации |
растет. |
В настоящее |
время |
|||
предложены |
различные теории перехода металлов из хрупкого- |
||||||
состояния в пластичное, причем |
значительная часть их основана |
||||||
на |
анализе уравнения op = os- Во |
многих теориях хладноломко- |
сти величина Г х рассматривается как температура, при которой' изменяется то или иное состояние металла, например характермежатомных связей [51], электронная конфигурация атомов [52], упорядоченность спинов кристаллической решетки [53] и т. д. Анализ различных теорий хладноломкости сделан ранее в об зорных статьях и монографиях [54—56].
Обычно переход от малых пластических деформаций к боль
шим связывают |
с изменением |
|
механизма |
процесса, например- |
с появлением дополнительных |
систем скольжения или двойни |
|||
кования, с проскальзыванием по |
границам зерен и т. д. |
|||
Величина Тх зависит от вида |
испытаний |
(растяжение, изгиб, |
||
кручение и т. п.) |
и поэтому не является константой данного ма |
териала. Она также чувствительна к состоянию материала и со
держанию в нем |
примесей. Так, величина |
Тх |
у деформирован |
|||
ного |
молибдена, |
имеющего |
упорядоченную |
дислокационную' |
||
структуру, ниже, чем у рекристаллизованного |
металла. |
Между |
||||
тем |
величина относительного |
удлинения |
в |
последнем |
случае- |
|
выше [57]. |
|
|
|
|
|
Зависимость величины Тх от размеров зерна в бериллии экс периментально исследована в работах [16, 17, 23—26]. Почти во всех этих работах величина Гх определялась как средняя темпе ратура участка резкого возрастания относительного удлинения ер(Т) при растяжении. В работах [16, 25] экспериментальныерезультаты проанализированы в рамках теории разрушения. Стро (см. п. 3.3), согласно которой
|
|
— |
= |
|
-.—^\nd |
+ |
cc, |
|
(5.18). |
|||
|
|
Г х |
|
|
2 |
Н(а) |
^ |
|
|
|
|
' |
здесь |
а — постоянная. |
Соотношение |
(5.18) |
|
выведено |
с |
учетом: |
|||||
справедливости уравнения |
Холла — Петча |
и |
удовлетворительно |
|||||||||
выполняется для металлов |
с |
о. ц. к.-структурой. Однако |
оно |
не |
||||||||
учитывает |
возможную |
температурную зависимость |
констант |
|||||||||
уравнения |
Холла — Петча, |
а |
также |
влияние |
примесей. |
Кроме |
||||||
того, |
это |
уравнение |
не |
учитывает |
анизотропию металла. |
По |
этам причинам его применение к гексагональным металлам не-
оправдано, и |
некоторые экспериментальные |
точки (например, |
||
для крупнозернистых |
образцов |
в работе [16]), полученные при. |
||
исследовании |
влияния |
размеров |
зерна на Тк, |
не укладываются, |
на прямую линию в координатах |
l / f x — \ n d . |
|
Величина 7\с у прокатанных слитков электролитического ме талла чистотой 99,6% изменялась в пределах от 163 до 278°С при изменении размеров зерен от 80 до 300 мкм. У горячепрессованного бериллия, содержащего обычно более 1 % примесей,, величина 7"х составляет 200—500° С (в зависимости от размера зерна, количества п дисперсности включений). Температурахладноломкости сильно зависит от характера текстуры берил лия. Например, при испытании на изгиб горячепрессованногометалла технической чистоты с размерами зерен d = 37 мкм в е -