Механизмом диссипации

Кроме участия в процессе разрушения, поверхность раздела между фазами управляет механизмом деформации в композите. В работах [1, 21] было показано, что упрочняющая фаза NisNb в эвтектике №—NiaNb может двойниковаться в одной или более плоскостях типа {211}. ;Как показали Гроосиор и др. [25] и Ганг-.лофф [21], при промежуточных температурах испытаний на длительную прочность происходит аккомодация двойникования в Ni-пластине, соседней с NisNb. В обоих исследованиях было обнаружено, что из четырех возможных двойников в плоскости {111} никеля наблюдается образование только двух двойников этого типа. Из анализа кристаллографического соотношения между направленными пластинами Ni и NisNb следует [25], что толь-

Термоактивируемые процессы являются основным механизмом деформации и разрушения твердых тел в кинетических теориях прочности [34, 231]. При высокоскоростной деформации они действуют наряду с другими процессами и являются определяющими [410] при определенных режимах нагружения.

Ковка металлов представляет собой пластическую деформацию при объёмном напряжённом состоянии (неравномерном всестороннем сжатии, фиг. 11), сопровождающуюся сложным механизмом деформации [10].

механизмом деформации, причем кооперативного характера, со

ладающим механизмом деформации является упругий, на участке

Следовательно, основным механизмом деформации сплавов с эффектом памяти формы, находящихся полностью в мартенситном состоянии, независимо от типа внутренних дефектов является деформация двойникованием. Деформация, которая может быть восстановлена в результате действия эффекта памяти формы, обусловлена взаимодействием между двойниковыми доменами.

Как указано выше, устранение закалочных трещин происходит в том случае, если в образце действуют низкие напряжения или напряжения связаны с таким механизмом деформации, при котором происходит релаксация термических напряжений. Понизить термические напряжения можно также путем понижения разности температур при закалке. Поэтому, чтобы предотвратить возникновение закалочных' трещин в сплавах Си — AI — Ni, целесообразно повысить температуру закалочной среды или повысить точку М , понизив содержание AI. Далее описываются результаты исследования деформационного поведения образцов, изготовленных при таких условиях, когда в них не образовывались закалочные трещины.

При получении соотношений (38) — (40) Гринвуд и Джонсон не задавались определенным атомным механизмом деформации. Известны попытки установить механизм пластической деформации при термоциклировании через интервал полиморфных превращений. Так, Вайс [381], учитывая зависимость величины трансформационной деформации от темпа температурных колебаний и отсутствие в образцах шейки, использовал модель вязкого поведения металла под нагрузкой, описываемого уравнением

Столь сильное отличие в пластичности при умеренных и высоких температурах обусловлено, очевидно, разным механизмом деформации в этих двух областях. В первом случае, когда интенсивность процессов снятие наклепа, определяемая развитием диффузионных процессов, сравнительно невелика, границы зерен шва более прочны и деформация проходит преимущественно путем сдвига внутри зерна. Во втором случае при резком повышении скорости диффузионных процессов, границы с большой несовершенностью строения оказываются уже слабым участком и по ним проходит разрушение. Очевидно, что со снижением скорости деформации при высоких температурах, т. е. с переходом к скоростям ползучести, температура начала появления хрупких разрушений будет снижаться до уровня эксплуатационных. Можно

Для металлов с гексагональной ячейкой преобладающим механизмом деформации является двойникование. В работах [27, 33] показано, что для титановых сплавов двойникование протекает преимущественно по плоскостям (1012) и (1121) и в меньшей степени по плоскостям (1122). Отмечается [34], что механизм пластической деформации а-титана существенно отличается от такового для других металлов с гексагональной решеткой, для которых характерны системы скольжения (0001) и двойни-кования (1012).

Скорость ползучести реальных сплавов (см. рис. 3.19 и 3.24) зависит от температуры. В связи с этим естественно, что при испытаниях на ползучесть помимо точного измерения нагрузки необходимо регулировать и точно измерять температуру. Отмеченная зависимость от температуры подтверждает, что ползучесть является термически активируемым процессом, поэтому в уравнениях (3.20) и (3.24) параметры, характеризующие ползучесть, выражаются [45] с помощью члена ехр (—-&.HC/RT). Следовательно, температурную зависимость скорости ползучести можно описывать с помощью величины АЯС. Однако, так как ползучесть не является элементарным процессом, определяемым единственным механизмом деформации, то

щий дефект (лидер-дефект), ответственный за диссипацию подводимой к материалу энергии. Переход от одной стадии к другой осуществляется тогда, когда система достигает некоторого порогового уровня энергии, дис-сипированной лидером-дефектом. На основе такого подхода удалось разбить конструкционные материалы на несколько классов, отличающихся механизмом диссипации энергии и лидером-дефектом. Согласно разработанной классификации в сталях и сплавах основным механизмом диссипации энергии является пластическая деформация, а в качестве .лидера-дефекта следует рассматривать дислокации [73].

Таким образом, можно заключить, что волновая природа пластической деформации и разрушения характерна для всех масштабных уровней (микро, мезо, макро) и связана с волновым механизмом диссипации энергии в точках фазового перехода.

В соотношениях (4.4) и (4.5) разность U0-y-a характеризует эффективную энергию активации и,фф, учитывающую влияние внешнего напряжения на энергию активации процесса. Условие l^-Uo-y-<7=0 отвечает достижению неравновесного фазового перехода, при котором контролирующим механизмом диссипации энергии становится элементарный механизм Uo, подчиняющий себе все другие сопутствующие механизмы (путем подчинения степеней свободы атомов), обеспечивающие единый процесс динамической самоорганизации структур. Напряжение a=a0, отвечающее условию у , , = 0, отвечает, согласно

энергии активации движения вакансий (энергии активации самодиффузии). Следовательно, можно заключить, что в условии (2) контролирующим механизмом диссипации энергии является ползучесть. А. Н. Орловым и др. было показано, что в усло&иях сжатия энергия активации ползучести в широком интервале также близка к энергии активации самодиффузии.

На рисунке 4.31 представлено сопоставление расчетных и экспериментальных значений, отвечающих различным условиям нагружения. Наличие указанной последовательности в изменении фрактальной размерности дисси-пативных структур отражает масштаб зоны процесса, непосредственно связанного с механизмом диссипации энергии. В этом смысле разрушение при ударном нагружении подобно усталостному, если реализуется один и тот же механизм диссипации энергии, контролирующий размер зоны процесса.

разрушении образца с шейкой. При объединении пор путем среза (рисунок 4.33, е) контролирующим механизмом диссипации энергии на стадии самоподобного роста трещины является микросрез. Объектом фрактальности в данном случае является объем в виде пористого кластера, способного к самоподобному росту.

При квазихрупком разрушении основным механизмом диссипации является релаксация упругих напряжений на шероховатой фрактальной поверхности трещины. При этом диссипирует ц~я часть упругих деформаций (остальная часть расходуется на образование новых поверхностей при возникновении трещин):

На рис. 123 представлено сопоставление расчетных и экспериментальных значений, отвечающих различным условиям нагружения. Наличие указанной последовательности в изменении фрактальной размерности диссипативных структур отражает масштаб зоны процесса, непосредственно связанного с механизмом диссипации энергии. В этом смысле разрушение при ударном нагружении подобно усталостному, если реализуется один и тот же механизм диссипации энергии, контролирующий размер зоны процесса. Другой вывод, вытекающий из анализа иерархической последовательности бифуркаций, отраженный в диаграмме рис, 123, — неизбежность "разброса" экспериментальных данных по тре-щиностойкости материалов, определяемых в соответствии с рекомендациями линейной механики разрушения. (Слово "разброс" взято в кавычки, так как это естественное поведение трещины в точке бифуркации. В этой точке нельзя заранее предсказать, по какому пути пойдет система при переходе в новое состояние.) Понижение температуры и повышение скорости деформации приводит к сужению области абсолютных пороговых значений К^, отвечающих предыдущему и последующему неустойчивым состояниям. Таким образом, испытания при пониженных температурах и высоких скоростях деформации для определения KIC приближаются к испытаниям в подобных по микромеханизму разрушения условиях. Остается вопрос, как перейти от значений К\с при низкой температуре к значениям АГ1с при более высокой температуре или более высоких скоростях деформации. Установленное постоянство произведения Т = К^ о~т позволяет выполнить такие пересчеты, если известны температурная и скоростная зависимости ат.

На рис. 125, а—в схематически представлены зоны пластической деформации и механизмы роста трещины, реализующиеся при ее упруго-пластическом поведении. Если упругопластический рост трещины связан с объединением макротрещины путем раскола (рис. 125, г) или разрыва (рис. 125, д), то формируется фрактальная поверхность с размерностью 2 ^ D ^ 3. Этот тип характерен для роста усталостной трещины при dl/dN з*В или для зоны дна чашки при разрушении образца с шейкой. При объединении пор путем среза (рис. 125, е) контролирующим механизмом диссипации энергии на стадии самоподобного роста трещины является микросрез. Объектом фрактальности в данном случае является объем в виде пористого кластера, способного к самоподобному росту.

Интерметаллиды характеризуются высокими жаропрочными свойствами. Это связано с тем, что, как уже отмечалось, независимо от способа получения интерметаллида для ряда структур предел текучести с ростом температуры не уменьшается, как в случае традиционных сплавов, а увеличивается. Такая аномальная зависимость обусловлена механизмом диссипации энергии, контролируемым движением сверхдислокаций. Этот эффект обнаружен при деформации алюминидов типа №зА1, TiAl, Т1зА1 и др.

Таким образом, управление свойствами аморфных сплавов требует создания метастабильных сплавов с особым механизмом диссипации энергии — негомогенным скольжением с участием лидирующих дефектов-дисклинаций. При активизации других лидеров-дефектов свойства аморфных сплавов теряются. Особенностям структурного состояния аморфных сплавов посвящена гл. 6.