книги / Микропластичность и усталость металлов

предложено достаточно много теоретических моделей. Статистический анализ применимости наиболее извест­

отожженных образцов с определением параметров урав­ нения регрессии, адекватно описывающего эксперимен­ тальную зависимость АЗВТ. Затем проверяли соответст­ вие обобщенной кривой АЗВТ некоторым теоретиче­ ским моделям Гранато — Люкке [30], Пегуина, Бардет­ та и Мэзона с сотр. [101, 103, 105]. Принятые для рас­ смотрения подходы описания АЗВТ связывают внутрен­ нее рассеяние либо с отрывом дислокаций от точек за­ крепления (теория Гранато — Люкке), либо с размно­ жением и последующим движением новых дислокаций в поле напряжений.

На рис. 28, а—г представлены результаты обработ­ ки опытных данных. Ни одна из рассматриваемых мо­ делей не обеспечивает линеаризацию в соответствую­

существование с достаточной определенностью. Некото­ рые исключение дает обработка результатов по Бар­ детту, где изменение угла наклона кривой в координа­

ный разброс точек не позволяет принять это соответст­ вие с достаточной определенностью. В отличие от дан­ ных, полученных Мэзоном для а-латуни для сплава же­ леза, также не найдены прямолинейные участки в со­ ответствующих координатах. Результаты статистиче­ ской проверки существующих механизмов описания АЗВТ показали, что в поликристаллических материа­ лах оно не может быть достаточно полным в условиях какой-либо одной теоретической модели даже в относи­ тельно узком интервале амплитуд деформаций. Приме­ нение той или иной теоретической обработки данных по АЗВТ в металлах требует весьма тщательного анализа дислокационной структуры исследуемого объекта, усло­ вий проведения эксперимента и статистической обосно­ ванности метода обработки данных.

В связи с этим следует рассмотреть оценки равно­ весного числа точек закрепления дислокаций п0, которые получают из сопоставления данных по АЗВТ для малых и больших амплитуд деформаций с помощью различных механизмов рассеяния энергии [93, 97]. В общем слу­ чае для определения среднего смещения дислокации мо­ жет быть использовано выражение, полученное с применением любого механизма отрыва дислокации от цепочки точечных дефектов. Оценка п0 по кривым АЗВТ для циркония дали значения п0, равные 40 [93] и 8 [97]. Принятая методика расчета требует уточне­ ния в связи с произвольностью выбора теоретических моделей и ограниченной возможностью учета вклада пластической деформации. Д. М. Левин показал воз­ можность определения п0 из выражения для дислокаци­ онной деформации:

сегментов. Найденные значения п0 для чистого железа 32—34; меди 28 и циркония 25—30.

Имеется более непосредственная возможность изу­ чения микропластичности при отрыве дислокации от закрепляющих точечных дефектов, связанная с измере­ нием коэффициента поглощения в диапазоне 'мегагер­ цевых частот при медленном изменении напряжения в области 'микродеформаций [46, 87]. Идея таких экспе­ риментов — вызвать дислокационный отрыв за счет внешнего напряжения и использовать поглощение ультразвука для информации об изменяющейся вели­ чине дислокационной петли при ее катастрофическом отрыве. На <рис. 29 это схематически показано для раз­ личных моделей закрепления. Для двойной линии пет­ ли ее изменение от I до 21 соответствует резкому повы­ шению ультразвукового поглощения, когда т достигает значений напряжения отрыва т*; для беспорядочного распределения точечных дефектов около дислокации возможна экстремальная зависимость а(т) в связи с отрывом и перезакреплеиием дислокации в новых по­ ложениях (в работе [104] экстремальная зависимость

а(т) предсказывается и для модели перезакрепления дислокации в поле напряжений на примесных атомах, находящихся ;в растворе в плоскости скольжения дис­ локации). В практике эксперимента зависимости а(т) более 'плавные 'в связи с беспорядочным распределени­ ем длин дислокационных (петель и точечных дефектов.

Рис. 29. Дислокационные модели отрыва дислокационных петель при различ­ ном уровне напряжений:

1 — теоретические зависимости а (т) для принятых моделей; 2 — зависим

а(т) с учетом распределения петель и точечных, дефектов

Вработе [46] приведены результаты измерений за­ тухания ультразвука (частота 10 МГц) в высокочистом алюминии и железе от степени деформации гори стати­

ческом нагружении и (последующем снятии нагруз­ ки. Наблюдали характерные максимумы затухания во всем интервале изученных амплитуд статических де­ формаций при растяжении и сжатии образцов (рис. 30,а). Чтобы оценить изменения затухания ультразвука IB области критических амшлитуд отрыва, (измерения выполняли при увеличении и уменьшении внешней нагрузки. Результаты исследований показали,

ческом нагружении составляла всего 10-5. Появление максимумов на кривой и наличие гистерезиса при на­ гружении — разгружении (подтверждают мнение о на-

линии микропластической составляющей затухания и 0 возможности перезакрепления оторвавшихся дисло­ каций в новых положениях. Модель образования гисте­ резиса на кривых а(т) за цикл нагружения при дисло­

8

6

о

2

Ю'г

8

6

I*

Для количественного описания а(т) может быть использован расчет термически активируемого отрыва двойной петли. Напряжение, при котором (происходит раскрепление, определяется для условий, когда обе потенциальные ямы равноценны [87]:

где L — общая длина двойной петли. При учете рас­ пределения длин петель была рассчитана энергия •взаимодействия (для меди получена величина 0,ЗХ XI0~19 Дж). Для железа и алюминия но нашим оцен-

Эффект Сноека — Кестера. Специфическим прояв­ лением дислокационно-примесного взаимодействия в металлах с о. ц. к. решеткой ,и прежде всего в упроч­ ненном железе и сплавах на его основе является ре­ лаксация Сноека — Кестера [113], проявляющаяся в виде максимума внутреннего трения при 200—300°С в диапазонах герцевых и килогерцевых частот нагруже­ ний в -поле малых периодических напряжений. К ос­

полнил расчет торможения движущейся в поле напря­ жений дислокации примесями, расположенными цепоч­ кой на линии дислокации и жестко связанными с ней. Дислокационные петли приобретают подвижность в условиях, когда примыкающие примесные атомы до­ статочно подвижны, чтобы мигрировать совместно с дислокацией. Для амплитуд колебаний, превышающих межатомное расстояние, скорость перемещения дисло­ кации лимитируется скоростью диффузии точек за­ крепления в поле напряжений и определяется из соот­ ношении Эйнштейна. Решение уравнения движения в

сти, в которой примеси жестко связаны с дислокацией (Rzzb)y с и D — соответственно концентрация на дис­ локациях и коэффициент диффузии закрепляющих атомов внедрения.

Энергия активизации неявно введена в расчет через коэффициент диффузии. По сделанным Шоеком и Мондино оценкам, энергия активации процесса соот­

лена. Модель Шоека, неомот.ря на схематичность, дает удовлетворительное соотношение между энергиями ак­

Выполнены расчеты для малых смещений дислока­ ции, а также для условий слабого и сильного взаимо­ действия примесей и дислокаций. Однако теория Шое­ ка связана с определенными трудностями при объясне­ нии некоторых экспериментальных данных (эк­

стремальная зависимость Q7-k от содержания угле­ рода в растворе, немонотонное изменение высоты пика при изотермическом отжиге деформированного метал­ ла и его исчезновение при низкотемпературном нагре­ ве пересыщенных железоуглеродистых сплавов и др.). Возражения прежде всего относятся к принятым в мо­ дели схеме закрепления и природе закрепляющих де­ фектов. Многие трудности снимаются если предполо­ жить, что при температуре максимума дислокации закреплены обособленными по их длине группировка­ ми 'примесных атомов (кластерами), образование кото­ рых является закономерным этапом уменьшения сво­ бодной энергии системы в связи с компенсацией тер­ модинамической нестабильности, связанной с превы­ шением атомами примеси равновесной плотности дислокационной атмосферы '[116]. Кроме того, весьма

ствие которых с приложенными создает эффективные напряжения в микрообъемах, необходимые для движе­ ния дислокации с закрепляющими ее дефектами.

Высокая чувствительность эффекта Сноека — Кес­ тера на процессы упрочнения, связь его с прочностны­ ми и релаксационными свойствами сплавов — основные фактор ы, привлекающис винм аиис исследователей.

Температуры проявления процесса характерны для ус­ ловий усталостных испытаний многих конструкционных материалов.

Микродеформация поликристаллических материа­ лов. В поликристаллах начало пластической дефор­ мации может быть связано с зарождением дислокаций на границах зерен. Последующее развитие пластиче­ ской деформации определяется взаимодействием этих дислокаций с внутренними 'барьерами и границами зе­ рен.

Мотт >[118] считает, что для беспорядочно располо­ женных на расстоянии / друг от друга дислокаций в материале действуют хаотически распределенные на­ пряжения тi= GbAl/2/n. Для образования новых дисло­ каций необходимо критическое напряжение ткр=Тг+ -\-(Gb/l). Если новая дислокация, образованная источ­ ником, перемещается на расстояние d, а число новых дислокаций равно п, то деформация соответственно возрастает на величину tibd. Принято, что источники генерируют дислокации лавинами и что из всех источ­ ников работает только небольшое число. Лавинный срыв дислокаций обусловлен тем, что работа источни­ ка зависит от суммы Gb/l и локального значения хи а не от среднего его значения. Локальные флуктуации напряжений тем больше, чем неоднороднее распреде­ ление напряжений по объему. При перемене знака на­ пряжений работают новые источники, для которых ло­ кальные значения т; благоприятны для генерирования дислокаций другого знака. В основном из тех же со­ ображений в работе С. А. Головина [33] определен декремент колебаний для условий перемещения -сорван­