книги из ГПНТБ / Физические основы электротермического упрочнения стали

тировки [320]. Исследование развития двойникования в поликри­ сталлах показало [322], что деформация образца за счет двойнико­ вания

_ 8N *№~2V2dm'

где N— число двойниковых прослоек в зерне, б — усредненная позерну толщина двойниковой прослойки, т — средний фактор ори­ ентации плоскостей двойникования, d — размер зерна поликристал­ ла. Величина деформации, полученная на основании микрострук­ турных оценок б, d и N по экспериментальным данным о двойнико-

тических напряжений для образования новых порций двойников может продолжаться только до тех пор, пока не будут достигнуты критические напряжения сдвига для скольжения; затем деформация двойникованием прекращается. Такой переход от двойникования к

сталлах, в которых может происходить мартенситное превращение, при температуре ниже Мн или ниже температуры термодинамиче-

влияние очистки в промежуточной области температур и отсутствие такого влияния вблизи абсолютного нуля. Поэтому большинство исследователей склоняется к мнению о том, что силы Пайерлса у железа вблизи температурного нуля менее значительны, чем у пе­ реходных металлов V I А группы, но все же достаточны для того, что­ бы обусловливать температурную зависимость критического напря­ жения сдвига. К такому выводу пришли Конрад [336—338) и др. [330, 331, 339]. При отличных от абсолютного нуля температурах, как показали Зегер [340] и Донт [341], вследствие тепловых коле­ баний на дислокационной линии образуются пары перегибов, кото­ рые в поле внешних сил способны перетянуть линию дислокации в следующую потенциальную яму Пайерлса. Преодоление потенци­ альных барьеров облегчается за счет энергии тепловых колебаний. Конрад использовал при описании температурной зависимости ско­ рости деформации известное уравнение Бекера—Аррениуса для скорости термически активируемых процессов

Чтобы достичь соответствия между теорией и экспериментом, они вынуждены были принять кажущееся a priori разумным предполо­ жение о том, что Q и \ являются функциями напряжения и темпе­ ратуры испытания. Это позволило связать энергию и активацион­

ный объем с величинами -^=-1 , \-т= I , 1-^—1 , которые могут быть

определены при испытаниях на ползучесть и растяжение. Уравнение (73), особенно при малых скоростях деформации и

низких напряжениях, является, как показал Алефельд [343], весь­ ма грубым приближением. Действительно, при а = 0 по (73) е не обращается в нуль, что противоречит экспериментальным данным. Далее, выражение (73) несимметрично по отношению к напряже­ нию: изменение знака внешнего напряжения не изменяет направ­ ления деформации. Поэтому еще Орован [344] и Кауфман [345], а затем Зегер [306, 346], Александер [347], Алефельд [343], В. И. Трефилов и Ю. В. Мильман [330, 331, 348] предлагали рассматривать скорость деформации в направлении действия внешних сил как ре­ зультат разности прямых (в направлении сил) и обратных термиче-

Таким образом, в области высоких температур уравнение (75) может быть аппроксимировано экспонентой, а при низких — урав­ нением прямой.

На рис. 132 показано, что уравнение (75) хорошо согласуется с экспериментом. Установлено также [331], что полученные на осно­ вании сопоставления уравнения (75) с экспериментально измерен­

Изложенный вариант описания температурной зависимости пре­ дела текучести отличается простотой, в нем используется всего три параметра: A, Q, g, каждый из которых является константой, неза­ висимой от уровня напряжений и температуры. Известны более строгие решения задачи о механизме термически активируемого движения перегибов [350—353], но они сложны и требуют специаль­ ного рассмотрения.

Изменение содержания примесей внедрения в железе в очень широких пределах (см. табл. 11) почти не сказывается на величине энергии активации, и, следовательно, высота потенциальных барье­ ров, преодолеваемых дислокацией при ее скольжении в решетке, почти не зависит от содержания и типа примесей и определяется свойствами самой решетки. Результаты специально поставленных экспериментов позволили Конраду [336] утверждать, что особен­ ности дислокационной структуры и взаимодействия дислокаций,

случайные частицы фаз внедрения, термически активируемое попе­ речное скольжение, неконсервативное движение порогов существен­ но не влияют на значения Q и | и что сопротивление движению дис­ локаций в металлах с ОЦК решеткой определяется в основном на­ пряжением Пайерлса — Набарро.

при перемещении в основной плоскости скольжения. Расщепленные неподвижные конфигурации должны определенным образом пере­ строиться для начала скольжения, и этому процессу перестройки могут способствовать тепловые колебания. Поэтому температурная зависимость скорости движения винтовых дислокаций в некоторой мере может обусловить изменение предела текучести. Эскэ рассчи­ тал соответствующую температурную зависимость макроскопиче­ ского предела упругости и сопоставил ее с экспериментальными данными о пределе упругости металлов с ОЦК решеткой. Более де­ тально этот механизм проанализирован Витеком [313]. Однако Дорн и Гийо [353] считают, что механизм Эскэ для железа не согла­ суется с экспериментальными данными о критическом напряжении сдвига в области низких температур (ниже 170° К) (в то время как пайерлсовский механизм в этой области температур соответствует эксперименту) и его можно рассматривать как конкурирующий ва­ риант только для более высоких температур. Для описания темпе­ ратурной зависимости стх у молибдена, тантала и монокристаллов твердых растворов AgMg, AgAl, MgLi достаточно использовать толь­ ко механизм Пайерлса — Набарро. В теории температурной зависи­ мости Эскэ — Витека величина пластической деформации в метал­ лах с ОЦК решеткой фактически определяется лишь подвижностью винтовых дислокаций (их плотностью р в и длиной пробега L B , т. е. е = 6JLBdpB).

Взаимодействие дислокаций с точечными дефектами (особенно с примесями внедрения). Этот вопрос рассматривается почти во всех монографиях и больших обзорах по теории дислокаций и физике прочности (см., например, работы [304, 307—309, 355—361]). По­ этому мы остановимся лишь на основных закономерностях и видах взаимодействия дислокаций и точечных дефектов.

В табл. 12 приведены данные о влиянии атомных (или точеч­ ных) дефектов на упрочнение различных кристаллов [361] (данные рассчитаны на атомную долю растворенного элемента). Как следу­ ет из этой таблицы, существует два вида упрочнения — быстрое и

порядка и не всегда может быть объяснено типом твердого раство­ ра (замещения или внедрения). Устойчивое различие между этими видами упрочнения, согласно Флейшеру и Хиббарду [361], заклю­ чается в том, что дефекты, вызывающие быстрое упрочнение, харак­ теризуются большой тетрагональностью, а дефекты, медленно уп­ рочняющие твердый раствор,— высокой симметрией. Например, ато­ мы внедрения в металлах с ОЦК решеткой и галогенидах щелочных металлов, двувалентные ионы галогенидов щелочных металлов, в большой степени связанные с вакансиями положительных ионов, вакансионными дисками или дисками междоузельных атомов, а так­ же атомы внедрения меди в ее собственной решетке вызывают боль­ шую тетрагональность и это приводит к резкому упрочнению. Ато­ мы или одновалентные ионы замещения в металлах с ОЦК решеткой,

ионом примеси и дислокацией возникает потому, что около ядра дислокации существует электрический дипольный заряд [366, 367], который в металлах экранирован электронами проводимости и со­ храняется только на малых расстояниях около ядра дислокации. Согласно расчетам, выполненным в работе [365], энергия электро­ статического взаимодействия в металлах с ОЦК решеткой примерно равна коттрелловской.

На характер электростатического взаимодействия примесей с дислокацией влияют знак и величина заряда иона примеси. Этот вопрос изучен мало. В первых же работах были получены неожи­ данные результаты. Так, при исследовании электрических квадрупольных эффектов в твердых растворах железа установлено [368], что углерод ионизирован «правильно» и имеет положительный за­ ряд, а азот имеет отрицательный заряд.

Х и м и ч е с к о е в з а и м о д е й с т в и е (атмосферыСузуки) [369] обусловлено различной растворимостью атомов примесей в со­ вершенной решетке и дефектах упаковки на расщепленных дисло­ кациях. Этот вид взаимодействия характерен для металлов с плотно-

возникает в поле упругих напряжений дислокации (атмосферы Сноека). Известно, что атомы внедрения в твердых растворах с ОЦК ре­ шеткой могут располагаться в октаэдрических порах, соответству­ ющих трем возможным направлениям тетрагональное™: [100], [0101 и [001]. В поле напряжений дислокации первоначальная рав­ новероятность заселения пор всех трех типов нарушается, поскольку энергия искажений зависит от способа заселения. Вероятность засе­ ления пор с низкой энергией увеличивается и возникает опреде­ ленное упорядочение [370]. Величина напряжения, необходимого для отрыва дислокаций от атмосферы Сноека, не зависит от температуры,

Зависимость величины упрочнения Да точечными дефектами от их концентрации связана с типом упрочнения: при быстром упроч­

нении Да ~ С / г , при плавном — Да ~ С или Да ~ С / г (С — атомная доля примеси). Упрочнение примесями внедрения металлов с ОЦК решеткой т п = PC"/*.

Существуют также другие виды взаимодействия [359]. Однако с обсуждаемыми в книге проблемами они связаны меньше, и поэто­ му нами не рассматриваются.

Пороги и пересечение дислокаций. При движении в плоскости скольжения дислокация обязательно пересекает дислокации, распо­ ложенные в других плоскостях, пересекающих действующую пло­ скость скольжения. Дополнительное сопротивление скольжению в этом случае зависит от напряжения, необходимого для проталкивания

200 дислокации через дислокационный «лес». Зегер [346] показал, что эта