книги / Разрушение твердых тел

лать на основании рис. 6, где приведены сводные данные о влия­ нии содержания легирующих элементов на предел текучести. Ле­ гирующие элементы по их влиянию на повышение предела теку­ чести медных сплавов располагаются в том же порядке, что и по влиянию на степень проявления хрупкости под действием ртути: Au > Ge > А1 > Zn (минимальное влияние). На рис. 7 показана

от предела текучести укладывается в узкую полосу разброса для всех исследованных сплавов. Отсюда следует, что чувствитель-

Рис. 7. Зависимость между пределом текучести медных сплавов и понижением энергии разрушения в контакте с ртутью; размер зерна 0,111 мм

1 — чистая медь

ность к понижению прочности и пластичности под действием рту­ ти не зависит от вида легирующего элемента в меди, а опреде­ ляется прежде всего пределом текучести (который, в свою оче­ редь, связан с концентрацией примеси).

Изменение размера зерна смещает уровень рассматриваемой кривой. Роль размера зерна показана на следующих рисунках. Приведенные данные о влиянии примеси цинка и алюминия ти­ пичны для всех четырех изучаемых систем, как это следует из сводного графика. Из рис. 8 видно понижение пластичности (определяемой как разность между разрушающим напряжением и пределом текучести: а/ — ау) с увеличением содержания при­ меси, причем величина этого понижения зависит от размера зер- -на: увеличение размера зерна снижает эффективность действия примесей.

Из рис. 8 можно заметить интересное явление: прямые, ха­ рактеризующие пластичность образцов с зернами различного размера, пересекаются при увеличении концентрации примеси. Например, можно было предполагать, что в случае сплавов

408

nal Zn™ К0Нта!Ре с ртутью пластичность крупнозернистых об-

нииЦ0В ДОл* на б - ь в ы ш е , чем мелкозернистых, при содержа­ нии цинка больше 23»/0 (ат.). В системе С и - А 1 критическое со-

1 — сплавы меди с цинком; 2 — с алюминием

Рис. 9. Влияние величины зерна на удлинение сплавов Си — Zn при испы­ тании в ртути

держание примеси составляет примерно 13% (ат.). Рис. 9 и Ю также иллюстрируют изменение характера зависимости пла­ стичности от размера зерна при различных содержаниях приме­ сей; в области относительно малых добавок цинка пластичность с увеличением размера зерна понижается, а при 30% Zn воз­ растает. Примеси алюминия оказывают аналогичное влияние: концентрация 10 % (ат.) близка, по-видимому, к граничному слу-

409

Рис. 11. Зависимость разрушающего напряже­ ния Of сплавов Си—Zn от добавки цинка к ртути перед нанесением покрытия на образец (каждая точка взята как средняя из трех испытаний) -.

н9 Содержание Zn в Hg, % (am) H9~5Zn

Рис. 12. Влияние растворов Hg — Zn на разру­ шающее напряжение различных медных сплавов (каждая точка взята как средняя из трех испы­ таний)

Типичные кривые приведены на рис. 14 и 15 для сплавов Си— 1% Ge и Си — 7,5% Ge. Удлинение сплава Си— 1% Ge в контакте с раствором Hg — 5% Zn приближается к удлинению образцов, испытанных на воздухе без покрытия, причем разница

Рис. 16. Снижение пластичности Cu-сплавов, вызываемое растворами алю­ миния в ртути

в результатах испытаний в чистой ртути и в растворе цинка в ртути не зависит от размера зерна. Пластичность образцов спла­ ва Си — 7,5% Ge, покрытых раствором Hg — 5% Zn, при малых размерах зерна намного ниже, чем образцов без покрытия, и лишь с увеличением размера зерна наблюдается повышение

прочности. Эти результаты связаны с отклонениями, показанны­ ми выше, на рис. 11 и 12.

414

Было исследовано также влияние растворов алюминия, кад­ мия, индия и золота в ртути на прочность медных сплавов. Кадмий и индий оказывают такое же действие, как и цинк, од­ нако для одинакового прироста прочности требуется большая их концентрация, чем цинка. Присутствие золота в растворе не вызывает заметного изменения во влиянии ртути на характери­ стики разрушения.

Покрытие раствором алюминия в ртути приводит к большему проявлению хрупкости, чем покрытие чистой ртутью. На рис. 16 приведены некоторые кривые, иллюстрирующие этот эффект и Указывающие на его независимость от размера зерна, состава и типа медного сплава.

Влияние предварительной деформации на воздухе на последующее разрушение в ртути

На рис. 17 приведены некоторые типичные кривые, показы­ вающие влияние предварительной деформации при постоянном размере зерна на механические свойства сплава Си — 30% Zn.

Р и с. 17. Влияние предварительной деформации, проведенной на воздухе, на деформируемость и прочность, определяемые при последующем испытании сплава Си — 30% Zn в ртути.

Зерно размером 0,081 мм:

1 — на воздухе; 2 — в ртути

Обозначим далее предварительную деформацию (относительное

соответственно истинное напряжение, достигнутое при предвари­

упругой области» отвечает случаям, когда покрытые ртутью образцы разрушаются при напряжениях, меньших аВозд, а тер-

415

мин «пластическое разрушение» — случаям, когда a/H g>

^ ^ еГ рис. 18 приведены аналогичные данные для разных раз­ меров зерна. При более крупных зернах <т/не возрастает линей­ но с предварительной деформацией; при меньших размерах зер­ на ofr нв сначала возрастает, а затем понижается и, наконец, при самом мелком зерне монотонно понижается с увеличением предварительной деформации. Эти данные еще раз указывают на различия во влиянии размера зерен, связанные с описанны­

ми выше результатами.

205,8(21,0)г

У

171,6(17,5)

137,2(14.0)

Предварительная деформация на воздухе

Р ис. 18. Изменения разрушающего напряжения при испы­ тании в ртути, вызванные предварительной деформацией на воздухе

Кривые, приведенные на рис. 18, в той части, где они пока­ зывают нарастание, отвечают пластическому разрушению; спад кривых соответствует разрушению в упругой области. Относи­ тельное изменение разрушающего напряжения с размером зерна будет рассмотрено при общем обсуждении всех полученных ре­ зультатов. Поскольку указанные кривые не характеризуют пол­ ностью каждый случай разрушения, были использованы также другие способы представления результатов.

Кривые, приведенные на рис. 19, показывают величину отно­ сительной деформации при испытании в ртути в зависимости от размера зерна. Эти кривые позволяют сделать ряд интерес­ ных заключений: 1) с возрастанием еВОзд величина ене пони­ жается при всех размерах зерен; 2) с увеличением размера зерна при постоянном значении еВОзц величина ене сначала воз­ растает, а затем понижается; 3) скорость понижения eHg лишь незначительно зависит от размера зерна. Второй вывод осо­ бенно важен. Он означает, что размер зерна неоднозначно влияет на зависимость пластичности при испытании в ртути от предва-

416

рительной деформации; следовательно, межзеренное разруше­ ние контролируется более чем одним механизмом. Экстраполя­ ция каждой кривой до нулевого значения деформации eHg показывает критическую величину деформации на воздухе, при которой совершается переход от пластического разрушения к хрупкому. Критическая предварительная деформация е*озд

сначала возрастает, а затем падает с увеличением размера

противления разрушению, характеризуемое уменьшением отно­ шения Of Hg/авозд. при разрушении в пластической области меньше, чем при разрушении в упругой. Вероятно, эти два типа разрушения определяются различными процессами, и коль скоро условия разрушения © упругой области достигнуты, дальнейшее увеличение предшествующей деформации ведет к быстрому уменьшению сопротивления материала разрушению.

Зависимость величины критической предварительной де­

Максимум кривой соответствует размеру зерна, при котором достигается наиболее высокое сопротивление проявлению хруп-