книги / Структурно-аналитическая теория прочности

не зависит от углов, интенсивнее исчезают те из них, которые возникли последними, т. е. прежде всего в левом верхнем и пра­ вом нижнем квадрантах. Из рис. 5.100, 3 следует, что после пол­ ного прекращения обратной реакции, оцениваемой по интегральной концентрации мартенсита, кое-где он все же остается в количест­ вах, не превышающих 0.01. Эти значения фактически характери­ зуют1 ошибку вычислений.

Ясно, что при отсутствии нагрузки и охлаждение, и нагрев вызывают одинаковые мартенситные реакции по всему ориента­ ционному пространству. В то же время под нагрузкой имеет место резко неоднородная реализация превращения: одни ориентацион­ ные варианты начинают преобладать над другими. Таким обра­ зом, макроскопическая деформация определяется не просто мар­ тенситными реакциями, а кинетикой их реализации в различных областях ориентационного пространства.

Следующий эксперимент отличался от предыдущего только тем, что после охлаждения до 220 К через интервал пря­ мого превращения была произведена полная разгрузка мате­ риала и дальнейший нагрев через интервал обратного пре­ вращения производили при напряжениях, равных нулю. На рис. 5.101, а представлена температурная зависимость мак­ роскопической деформации, а на рис. 5.101, б — интегрального количества мартенсита, полученные так же, как и в предыду­ щем расчете, для растягивающего напряжения 300 МПа.

Анализ развития мартенситных реакций (рис. 5.102) показал (см., в частности, рис. 5.102, Б), что при нагреве ненапряженного материала в отличие от предыдущего случая первоначальное ко­ личество мартенсита уменьшается лишь в левом нижнем и пра­ вом верхнем квадрантах диаграммного поля в—гр, т. е. там, где ориентационный фактор имеет максимум. При этом в правом ниж­ нем ,и левом верхнем квадрантах распределение мартенсита не изменяется, несмотря на то что интегральная концентрация мар­ тенсита на рис. 5.102, Б составляла 0.49. Только при более вы­ соких температурах, например при 348 К, когда Фм = 0.28, ста­ новится заметным уменьшение количества мартенсита в правом нижнем квадранте. В дальнейшем ради удобства будем рассмат­ ривать только области углов 0<ip<7i, обозначая левый нижний квадрант как левый, а правый нижний — как правый. По завер­ шении обратной реакции (Фм * 0) с точностью до ошибки счета количество мартенсита в пространстве угловых переменных равно нулю (рис. 5.102, Д). Таким образом, очевидно, что характер воз­ врата деформации существенным образом зависит от напряжен­ ного состояния объекта при нагреве.

В следующем математическом эксперименте было проведено первоначальное охлаждение без нагрузки. При этом накопления макродеформации, конечно, не происходило. Далее материал при 220 К нагружали напряжением 300 МПа и производили его на­ грев до 450 К (Т>АК). При этом происходило накопление дефор-

Рис. 5.100. Распределение мартенсита в угловом пространстве в—у для со­ стояний А—3 на рис. 5.99, а.

фм 6

Рис. 5.103. Зависимость деформации (а) и суммарной концентрации мартенсита

(б) от температуры при охлаждении материала без нагрузки и последующем нагреве под напряжением 300 МПа.

Далее рассмотрены режимы изотермического нагружения ма­ териала, отличающиеся температурой, при которой производили нагружение. На рис. 5.105 показана кривая деформирования (а) и зависимость суммарной концентрации мартенсита от приложен­ ного напряжения (б) для температуры деформирования 365 К (Т>АК). Из рис. 5.105, а хорошо просматривается, что увеличение растя­ гивающего напряжения о до некоторого порогового значения не вызывает накопления деформации, но примерно с напряжений 400 МПа деформация нарастает, причем характер ее накопления не линейный. Далее следует участок на деформационной кривой, где рост деформации прекращается (исчерпывается ее лимит). При разгрузке деформация возвращается с гистерезисом. Рис. 5.105, б показывает, как под действием приложенного напряжения ини­ циируется фазовая реакция. Видно, что количество мартенсита увеличивается до тех пор, пока Фм не станет равным единице. Этому моменту отвечает участок насыщения на деформационной кривой рис. 5.105, а. Однако возникший мартенсит при данной температуре неустойчив и поэтому снятие напряжений приводит к его полному исчезновению.

Проследим эволюцию распределения мартенсита в простран­ стве угловых переменных в и гр (рис. 5.106). В левом квадранте плоскости в—гр, где ориентационный фактор максимален, начи­ нается фазовое превращение. По мере роста напряжений (630 01), 1040 (Б) и 1710 МПа (В)) в этой области пространства ори­ ентационных переменных усиливается неравномерный характер

Рис. 5.105. Диаграмма растяжения при 365 К (а) и зависимость суммар­ ной концентрации мартенсита Ш от напряжения.

роста кристаллов мартенсита, так что при Фм*1 (рис. 5.106, В) существуют объемы, где локальное количество мартенсита дости­ гает Ф~6 . В то же время в правом квадранте поля 0—1р почти нет мартенсита. Последующая разгрузка не затрагивает правого квадранта, где ориентационный фактор минимален. Происходит лишь постепенное уменьшение количества мартенсита в левом квадранте (рис. 5.106, Г—Ж). По завершении разгрузки всюду в пространстве в—ip, с точностью до погрешности, мартенсита нет. Таким образом, данный режим протекает практически без участия

тех кристаллов мартенсита, где 0 > 71 , ip<n, в < 71, Ц>>л.

Показанный на рис. 5.107, а, б режим изотермического на­ гружения относится к температуре 260 К, что несколько ниже Мк. В начальный момент суммарное количество мартенсита равно единице, а макродеформация — нулю. По мере увеличения

ция мартенсита не изменяется. При дальнейшем увеличении на­ пряжения деформация достигает насыщения. Анализ распределе­ ния мартенсита по угловым переменным (рис. 5.108) показывает, что первоначально однородное (и всюду равное единице) количество мартенсита под действием напряжений в левом квадранте увеличи­ вается, а в правом уменьшается, причем интегральная концентрация мартенсита не изменяется (рис. 5.107, б). В результате такого пе­ рераспределения появляются области, где мартенсита данной ори­ ентации нет (рис. 5.108, А). Увеличение напряжений до 1970 (JS) и 4051 МПа (В) ведет к тому, что при выходе макродеформации на насыщение в левом квадранте значение Ф достигает трех, а

Рис. 5.106. Распределение мартенсита в угловом пространстве в—у для состо­ яний А—Е на рис. 5.105, а.

Рис. 5.107. Диаграмма растяжения при 200 К (а) и зависимость суммарной концентрации мартенсита (6) от напряжения.

практически весь правый квадрант занят мартенситом «иных ори­ ентаций». Разгрузка до нуля СП не изменяет сложившегося рас­ пределения мартенсита по ориентациям, однако приложения на­ пряжений обратного знака (-91 МПа) уже достаточно, чтобы пошел процесс уменьшения количества мартенсита по всему диаграммному полю. Таким образом, «перекачка» мартенсита из одних областей пространства в— ip в другие при сохранении интегральной концен­ трации Фм к 1 обеспечивает накопление макродеформации. Следу­ ет предположить, что для образования мартенсита иной ориента­ ции необходимо наличие промежуточного аустенитного состояния, которое поддерживало бы реакцию мартенсит-»аустенит-»другой мар­ тенсит и служило бы механизмом «перекачки» мартенсита от одной

ориентации к другой.

Далее рассмотрим явление «деформации ориентированного превращения». Его реализовали следующим образом. Под посто­ янным растягивающим напряжением проводили охлаждение до температуры 321 К (МН<Т<АН; кривая 1 на рис. 5.109, а) или до 296 К Шн<Т<Мк; кривая 2 на рис. 5.109, а), после чего объект разгружали и охлаждали дальше в свободном состоянии. При ох­ лаждении под нагрузкой происходило накопление деформации (рис. 5.109, а). Разгрузка при 296 К сопровождалась возвратом части деформации. Последующее охлаждение инициировало воз­ врат деформации. Однако в первом случае (т. е. для температуры разгрузки 321 К) возврат был полным, а во втором вернулась лишь часть деформации, накопленной при охлаждении под нагрузкой. Ха­ рактер изменения концентрации мартенсита изображен на рис. 5.109, б. Видно, что он неодинаков для двух использованных режимов.