Искажениями кристаллической

Если вокруг дислокации _]_ (рис. 12) обвести контур ABCD, то участок контура ВС будег состоять из шести отрезков, а участок AD из пяти. Разница ВС—AD = b, где b означает величину вектора Бюргерса. Если контуром обвести несколько дислокаций (зоны искажений кристаллической решетки, которые перекрываются или сливаются), то величина его соответствует

Нагрев (увеличение тепловой подвижности атомов) приводит к тому, что процессы, приводящие металл в устойчивое состояние (снятие напряжений, уменьшение искажений кристаллической решетки, рекристаллизация, диффузия), достигают заметных скоростей.

ми-соседями по сравнению с бездефектными участками решетки (см. рис. 258). В результате этого вокруг вакансии или вокруг дислоцированного атома возникает поле упругих искажений кристаллической решетки.

Холодная деформация характеризуется изменением формы зерен, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла (рис. 3.2, а). При холодной деформации формоизменение сопровождается изменением механических и физико-химических свойств металла. Это явление называют упрочнением (наклепом). Изменение механических свойств состоит в том, что при холодной пластической деформации по мере ее увеличения возрастают характеристики прочности, в то время как характеристики пластичности снижаются. Металл становится более твердым, но менее пластичным. Упрочнение возникает вследствие поворота плоскостей скольжения, увеличения искажений кристаллической решетки в процессе холодного деформирования (накопления дислокаций у границ зерен).

Следовательно, увеличение числа неоднородностей, т. е. увеличение количества примесей и числа искажений кристаллической решетки, а также измельчение кристаллических блоков упрочняют .металл, создавая препятствия на пути перемещения дислокаций и блокируя их распространение.

Второе, диаметрально противоположное направление, стремящееся к увеличению степени неоднородности и числа искажений кристаллической решетки, разумеется, не позволяет приблизиться к теоретической прочности, но может существенно повысить реальную прочность технических металлов (рис. 85). Пределом является плотность дислокаций порядка 1015 см~2, когда расстояния между дислокациями приближаются к межатомным, атомно-кристаллическая решетка сильно искажается, вследствие чего прочность падает. Первым этапом на этом пути являются легирование и термообработка, упрочняющий эффект которых в сущности сводится к увеличению плотности дислокаций.

Наибольшее практическое значение имеют процессы старения, связанные с распадом перенасыщенных твердых растворов (процессы выделения) и распадом мартенситной структуры (тем более, что чистые металлы применяются очень редко). Эти процессы обусловлены неустойчивой (ме-тастабильной) структурой сплава, получаемой в результате технологической обработки, например, закалки, наклепа и других, и связанной с появлением искажений кристаллической решетки. Такое метастабильное состояние характеризуется повышенным по сравнению со стабильным состоянием уровнем внутренней (свободной) энергии. Отсюда сущность процесса старения - самопроизвольный переход из нестабильного состояния в более стабильное с более низким уров-

Изменение энтальпии АН характеризует изменение внутренней энергии системы от изменения энергии кристаллической решетки, энергии всех видов движения частиц, составляющих систему, энергии упругих искажений кристаллической решетки. Следовательно, АН показывает общее изменение энергии системы при превращении или тепловой эффект превращения.

К возможным механизмам модификации свойств поверхности относят [84]: упрочнение за счет образования твердых растворов (в этом случае возникает энергетический барьер, затрудняющий передвижение дислокаций); торможение дислокаций внедренной примесью (атомами, комплексами) и радиационными дефектами; уменьшение размера зерен (что соответствует увеличению площади межзеренных границ, препятствующих движению дислокаций); блокирование дислокаций (за счет искажений кристаллической решетки), обусловленное как объемным несоответствием внедренных атомов, так и появлением выделений или пор. Сюда же относится и образование структур с упрочняющими фазами (карбиды, оксиды, нитриды и т.п.), вызывающими дисперсионное твердение. В результате распыления происходит значительное сглаживание микронеровностей поверхности, исчезают микроострия, что сказывается на процессах трения и изнашивания.

Рассмотренные выше способы повышения жаропрочных свойств -материалов с помощью МТО предусматривают воздействие на металл температур, не превышающих температуру рекристаллизации. Однако устойчивые виды искажений кристаллической решетки могут быть созданы также в результате тер-момеханического воздействия на металл, деформация которого проводится при температурах выше температуры рекристаллизации. Получаемые -при этом искажения, если они благоприятно распределены и достаточно стабильны, могут не только вызвать повышение обычных прочностных свойств металла, но и привести к существенному увеличению его жаропрочности.

лических решеток как следствие совместного пластического деформирования материалов. При трении деталей машин этот процесс практически мгновенно приводит к резкому изменению условий трения, что может вызывать заедание и отказ данной пары. Как показали исследования А. П. Семенова [179], для возникновения схватывания необходимо преодоление некоторого энергетического порога. Это объясняется тем, что для образования металлических связей между различно ориентированными кристаллическими решетками надо затратить определенное количество энергии для деформации и такой ориентации'решеток, при которой возможно их взаимодействие. Освобождаемая в первичных актах соединения поверхностная энергия воспринимается объемами металла, непосредственно прилегающими к зонам соединения, в виде теплоты и дополнительных искажений кристаллической решетки. Образовавшиеся участки соединения можно рассматривать как двухмерные зародыши полного соединения. Если сумма выделившейся энергии, уже запасенной кристаллической решеткой, достаточна для образования металлических связей в зонах, ' прилегающих к границе зародыша, начнется самовозбуждающийся процесс увеличения площади соединения—своеобразная разветвляющаяся цепная двухмерная реакция.

1 Что связано с большими искажениями кристаллической решетки в первом случае.

Условно поверхностный слой обработанной заготовки можно разделить на три зоны (рис. 6.12, б): / — зона разрушенной структуры с измельченными зернами, резкими искажениями кристаллической решетки и большим количеством микротрещин; ее следует обязательно удалять при каждой последующей обработке поверхности заготовки; // — зона наклепанного металла; /// — основной металл. В зависимости от физико-механических свойств металла обрабатываемой заготовки и режима резания глубина наклепанного слоя составляет несколько миллиметров при черновой обработке и сотые и тысячные доли миллиметра при чистовой обработке. Пластичные металлы подвергаются большему упрочнению, чем твердые.

В качестве иллюстрации приведем пример компактирования ИПД кручением полученного в шаровой мельнице наноструктур-ного порошка №[26]. Проведенные исследования показали, что плотность полученных образцов близка к 95 % от теоретической плотности массивного крупнокристаллического Ni. При этом в образцах отсутствовала видимая в просвечивающем электронном микроскопе пористость и был очень малый средний размер зерен, равный примерно 17 нм, а, следовательно, границы зерен занимали относительно большой объем. Авторы предполагают, что данные образцы демонстрируют снижение теоретической плотности в связи с тем, что границы зерен в материалах с очень малым размером зерен и сильными искажениями кристаллической решетки обладают пониженной атомной плотностью (см. также гл. 2).

Представленная схема хорошо согласуется со многими экспериментальными фактами, обнаруженными методами электронной микроскопии и РСА в чистых металлах, подвергнутых интенсивной деформации: равноосной формой зерен, значительными искажениями кристаллической решетки, наличием дислокаций высокой плотности в границах зерен и т. д. Вместе с тем закономерности структурных изменений и механизм формирования наноструктур в различных сплавах при интенсивных деформациях остаются еще мало изученными, и их выявление остается актуальной проблемой, требующей дальнейших исследований.

Рассмотрим более подробно результаты исследования намагниченности насыщения и температуры Кюри в наноструктурном Ni, полученном ИПД консолидацией измельченного в шаровой мельнице порошка [260], где была сформирована наноструктура со средним размером зерен около 20 нм и сильными искажениями кристаллической решетки (см. §2.1).

Высокие значения сто, связанные с искажениями кристаллической решетки в исходном нано структурном образце, определяют высокое значение напряжения насыщения. Тем не менее напряжения от скоплений дислокаций на границах зерен могут не возрастать из-за аккомодационных процессов на неравновесных границах зерен. Можно предположить, что неравновесные аморф-ноподобные границы зерен эффективно поглощают решеточные дислокации. Таким образом, увеличения полей напряжений не происходит и РЕ остается постоянным при циклической деформации.

действуют напряжения, вызванные искажениями кристаллической

присутствием дефектов упаковки и искажениями кристаллической

Условно поверхностный слой обработанной заготовки можно разделить на три зоны (рис. 6.12, б): I - зону разрушенной структуры с измельченными зернами, резкими искажениями кристаллической решетки и большим количеством микротрещин; ее следует обязательно удалять при каждой последующей обработке поверхности заготовки; II - зону наклепанного металла; III - основной металл. В зависимости от физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки и режима резания глубина наклепанного слоя составляет от нескольких миллиметров при черновой обработке до сотых и тысячных долей миллиметра при чистовой обработке. Пластичные металлы подвергаются большему упрочнению, чем твердые.

1 Что связано с большими искажениями кристаллической решетки в первом случае.

При построении графиков в логарифмических координатах [503, 604] может наблюдаться излом кривых в ту или иную сторону, указывающий на замедление или ускорение процесса коррозионного растрескивания под напряжением. Это зависит от многих факторов, к которым относится наличие дополнительных внутренних напряжений, связанных с искажениями кристаллической решетки третьего рода, ориентацией кристаллических зерен и напряжений. Форма образцов (гладкие, с надрезом) также оказывает влияние на скорость коррозионного растрескивания под напряжением. В случае наличия надреза, а следовательно и концентратора напряжений, коррозионное растрескивание [605] про-