6). Сверхпластичность металлов

Под сверхпластичностью понимают способность металла к значительной пластиче-ской деформации ( = 102 -103% ) в определенных условиях при одновременно малом со-противлении деформированию (100 - 101 МПа ). Существуют следующие разновидности сверх пластичности.

1. Структурная, которая проявляется при температурах > 0,5 Tпл в металлах и сплавах с ве-личиной зерна от 0,5 до 10 мкм и небольших скоростях деформации (10-5 - 10-1 с-1 ).

2. Субкритическая (сверхпластичность превращения), наблюдается вблизи начала фазовых превращений, например, полиморфных.

Наиболее перспективен процесс структурной сверхпластичности.

Сверхпластичность не является свойством каких-то особых сплавов и при соответ-ствующей подготовке структуры и в определенных условиях, деформации проявляется у большого числа сплавов, обрабатываемых давлением. Она может иметь место лишь при условии, когда в процессе деформации (растяжения образца) не образуется локальной дефор-мации, при которой образуется утончение шейки и сопровождается сравнительно быстрым разрушением.

Высокое сопротивление образованию шейки при растяжении образца в условиях сверхпластичности связано с большой чувствительностью напряжения течения  к измене-нию скорости :  = km , где k – коэффициент, зависящий от структуры и условий испыта-ния; m – показатель скоростной чувствительности напряжения течения.

Для идеально вязких (ньютоновских) твердых тел m = 1 и удлинение не должно со-провождаться образованием шейки. В случае обычной пластической деформации m  0,2, а в условиях сверхпластичной деформации m  0,3 (обычно 0,4-0,7).

Структурная сверхпластическая деформация протекает главным образом благодаря зернограничному скольжению, хотя в определенной степени существует и внутризеренное дислокационное скольжение.

Явление сверхпластичности в промышленности используют при объемной изотермической штамповке и при пневмоформовке. Недостатком является необходимость нагрева штампов до температуры обработки и малая скорость деформации.

6,2). Разрушение металлов

Под разрушением понимают процесс зарождения и развития в металле трещин, приводящих к разделению его на части.

Разрушение происходит в результате или развития нескольких трещин, или слияния рядом расположенных трещин в одну магистральную трещину, по которой идет полное раз-рушение. Разрушение может быть хрупким и вязким. Механизм зарождения тре-щин одинаков как при хрупком, так при вязком разрушении. Возникновение микротрещин чаще происходит благодаря скоплению движущихся дислокаций (пластической деформации) перед препятствием (границами зерен, межфазными границами, перед возможными включениями) образуя зародыш трещины (рис. 28). Трещина образуется в плоскости, перпендикулярной к плоскости скольжения, когда плотность дислокаций достигает 1012-1013 см-2, а касательные напряжения у вершины их скопления 0,7G.

Вязкое и хрупкое разрушение различаются между собой по величине пластической зоны у вершины трещины. При хрупком разрушении величина пластической зоны в устье трещины мала. При вязком разрушении величина пластической зоны, идущей впереди распространяющейся трещины, велика, а сама трещина затупляется у своей вершины. Вязкое разрушение обусловлено малой скоростью распространения трещины. Скорость распространение хрупкой трещины достигает 2500 м/с. Поэтому нередко хрупкое разрушение называют "внезапным", или "катастрофическим" разрушением.

С точки зрения микроструктуры существует два вида разрушения - транскристал-литное и интеркристаллитное. При транскристаллитном разрушении трещина распро-страняется по телу зерна, а при интеркристаллитном она проходит по границам зерен.

По внешнему виду излома отличают:

• хрупкий (светлый) излом, поверхность которого характеризуется наличием блестящих плоских участков; такой излом свойственен хрупкому разрушению;

• вязкий (матовый) излом, поверхность разрушения которого содержит весьма мелкие ус-тупы – волокна, образующие при пластической деформации зерен в процессе разруше-ния; этот излом свидетельствует о вязком разрушении.

Межзеренное разрушение облегчается при выделении по границам зерен частиц хруп-кой фазы. Одни и те же (по составу) сплавы в зависимости от предшествующей о работки и метода испытания могут вязкими и хрупкими.

Многие металлы (железо, молибден, вольфрам, цинк и др.) имеющие ОЦК и ГПУ кристаллические решетки, в зависимости от температуры могут разрушаться как вязко, так и хрупко. Понижение температуры обуславливает переход от вязкого к хрупкому разруше-нию. Это явление получило название хладноломкость (рис. 29). Точка пересечения кривых т ( предел текучести) и Sотр. (сопротивление отрыву) соответствует переходу металла от вязкого разрушения к хрупкому, получила название критической температуры хрупкости или порога хладноломкости (t п.х ).

Чем выше скорость деформации, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению. Все концентраторы напряжений способствуют хрупкому разрушению. С увеличением остроты и глубины надреза склонность к хрупкому разрушению возрастает. Чем больше размеры изделия, тем больше вероятность хрупкого разрушения (масштабный фактор).