Неоднородность поверхности

стимые коррозионные повреждения: с внутренней стороны стенки трубы — локальная коррозия глубиной до 2 мм и шириной 10-25 мм по винтовой линии с шагом 65 мм, соответствующим шагу поперечной прокатки; с наружной — язвенная почвенная коррозия глубиной до 2,5 мм на площади 70 см2. Специфический характер локальной коррозии внутренней поверхности трубы объясняется наличием технологического дефекта (неоднородность пластической деформации при поперечной прокатке) ее металла и, как следствие, высокой скоростью коррозии (особенно в застойных зонах трубопровода). По-видимому, в результате коррозии в трубопроводе появился дефект типа "свища", размеры которого были меньше критических. Постепенное увеличение размеров "свища" привело к утечке газа, при которой давление в трубопроводе вначале заметно не уменьшилось из-за малой величины "свища". После воспламенения газа участок трубопровода значительных размеров разогрелся. В металле образовалась "выпучина", которая разрушилась вследствие проявления ползучести, а далее произошло лавинообразное разрушение трубы.

нагружения. При МЦУ трещины возникают под действием сдвиговых напряжений аналогично тому, как это происходит в области МНЦУ, но зона зарождения разрушения не локализована, и наблюдается множественное растрескивание материала в направлении, перпендикулярном (или близком к перпендикулярному) к пакету а-плас-тин [73]. Поэтому в очаге наблюдается несколько фасеток раскалывания материала по пакету ос^-пластин. Растрескивание по поверхности может произойти уже при наработках в 20 % от общей долговечности, и его плотность с увеличением наработки возрастает [88]. Это обусловлено нелокализованным накоплением повреждений в материале при его перенапряжении, но после наработки в 60 % от долговечности увеличение плотности растрескиваний прекращается и идет интенсивное нарастание магистральной трещины во внутренних объемах материала. Сокращению периода до зарождения трещин способствует увеличение размеров зерен, что повышает неоднородность пластической деформации в локальных объемах металла и ускоряет образование магистральной трещины. При МЦУ усталостные бороздки величиной от 1 до 2-Ю"7 м/цикл формируются уже в очаге разрушения. С увеличением уровня напряжений шаг начальных бороздок может существенно возрастать.

Таким образом, эти исследования показали, что, сканируя поверхность деформируемого металла сфокусированным пучком света, по изменению тока эмиссии можно достаточно просто оценить неоднородность пластической деформации на начальной стадии растяжения.

Поведение малолегированных однородных твердых растворов в основном аналогично поведению алюминия, однако в литых сплавах характер разрушения изменяется от транскристаллического на интеркристаллический. В пересыщенных твердых растворах неоднородность пластической деформации сохраняется, хотя микронеоднородность, по данным электронно-микроскопических исследований, уменьшается. Так, например, даже в таком высоколегированном сплаве, как А1—95% Mg, при 665=0,2% локальная деформация отдельных микрообъемов достигает 10—15%. Но в поведении этих сплавов отмечаются следующие особенности: при комнатной температуре в процессе деформирования происходит перераспределение участков с повышенной локальной деформацией, и локализация деформации возникает только после зарождения микротрещин. Это приводит к повышению работы зарождения трещин. Второй особенностью является то, что с увеличением степени легирования в литых сплавах имеет место увеличение разброса локальных деформаций по границам в сравнении с объемами зерен. В деформируемых сплавах наблюдается обратная картина. Литые сплавы разрушаются по границам зерен, в то время как в деформируемых сплавах разрушение преимущественно транскристаллическое, и развитие трещин происходит медленнее, чем в литом сплаве.

Основными причинами возникновения макронапряжений являются неоднородность пластической деформации и локальный характер нагрева металла поверхностного слоя, а при наличии превращений — разность объемов возникающих структур. В зависимости от условий резания напряженное состояние поверхностного слоя будет определяться либо доминирующим влиянием одного из указанных факторов, либо совместным их действием.

Взаимосвязь между макронапряжениями и степенью наклепа при нагреве. Деформационное упрочнение (наклеп) по глубине поверхностного слоя неоднородно. В первом приближении эта неоднородность характеризуется степенью наклепа, которая непосредственно связана со степенью деформации. Поскольку неоднородность пластической деформации по глубине поверхностного слоя детали, возникшая в результате механической обработки ее, является одной из основных причин образования в детали остаточных макронапряжений, то можно полагать, что между макронапряжениями и степенью наклепа существует взаимосвязь. Для установления этой взаимосвязи параллельно исследовали влияние температуры нагревов на деформационное упрочнение поверхностного слоя и релаксацию остаточных макронапряжений. С этой целью на образцах из жаропрочных сплавов ЭИ617, ЭИ826 и ЭИ929 после фрезерования, шлифования и обкатки роликом замеряли микротвердость по глубине деформированного поверх-

Значительные успехи в изучении закономерностей пластического деформирования получены в работе [69]. Авторами этой работы разработаны и внедрены в широкую практику методы накатанных сеток, о которых шла речь выше. В той же монографии дан обзор работ по методам делительных сеток. Авторы работы [69] изучали неоднородность пластической деформации при растяжении образцов с надрезами и без них, исследовали влияние круговой выточки на цилиндрических образцах, а также локальную пластичность при осевом и двухосном растяжении листовых материалов. Эти исследования позволили решить те вопросы, решение которых было бы невозможным при использовании только расчетных методов, поскольку расчетные методы всегда предполагают наличие какой-то исходной гипотетической модели материала и условной упрощенной системы уравнений связи между искомыми параметрами.

При изучении характера дислокационной структуры поверхностных слоев стальной детали после запрессовки в алюминий АД1 при различных температурах (100 — 650° С) было показано, что для относительно низких температур (100—300° С) характерна резкая неоднородность пластической деформации как внутри

На рис. 60 показаны профилограммы рельефа деформированной поверхности образца углеродистой стали после микроударного воздействия. Обследуемый участок имеет не более 18 зерен, поэтому измерение выступов и впадин касается также и отдельных областей зерна. Таким образом, были измерены несколько участков, расположенных в деформированной зоне образца. Неоднородность пластической деформации и ее величину для отдельных участков определяли как среднее квадратическое отклонение неровностей по формуле

Из этих данных видно, что пластическая деформация при микроударном воздействии имеет локальный характер. На малых участках (L = 0,1 мм) неоднородность пластической деформации проявляется слабее, чем на больших (L = 3 мм). С увеличением продолжительности струеударного воздействия микрорельеф становится более заметным.

изменения, а в других вообще отсутствуют заметные следы деформации. Это объясняется тем, что при микроударном воздействии деформация протекает не только внутри зерен, но и по их границам. В отдельных зернах появляются линии скольжения и двойники. Происходит фрагментация зерен и блокообразование. По-видимому, в пластичных и непрочных металлах неоднородность пластической деформации при микроударном воздействии проявляется больше, чем в прочных и менее пластичных металлах.

где 0 < у < 1 — коэффициент, учитывающий неоднородность поверхности катода.

Макро- или микронеоднородность поверхности ма-талла

Субмикроскопи-чсская(атомарная) неоднородность поверхности металла

Неоднородность поверхности излома, обусловленная наличием :.в материале зон с различным составом, структурой и свойствами, учитывается для оценки дефектности материала, для различных видов технологического контроля (выявление крупных неметаллических включений, рыхлот, флокенов, расслоений, «серых» пятен, глубины альфированного, цементированного и других слоев).

можность увеличения тока обмена катодной реакции, например, в кислом электролите вследствие деформационного снижения энергии активации рекомбинации водородных атомов (по аналогии с ускорением каталитических реакций) [54]. Так, установлено, что механическая обработка поверхности никеля приводит к снижению перенапряжения водорода, так как усиливается энергетическая неоднородность поверхности, а растворение и удаление деформированных кристаллов в поверхностном слое приводит соответственно к повышению перенапряжения [137].

Связь коррозионной стойкости с неровностями поверхности. Влияние неровностей поверхности на коррозию металлов и особенно на коррозионное растрескивание, а также на качество защитных покрытий близко по характеру к влиянию их на усталостное разрушение. Имеет место общность физических процессов коррозионной усталости (усталости при одновременном действии коррозии) и коррозионного растрескивания. Неровности и, в частности, глубокие впадины с малыми радиусами закругления дна увеличивают неоднородность поверхности и приближают момент первых коррозионных разрушений.

Пример 3. На поверхностях деталей, полученных круглым (ШК1, ШК2) и плоским (ШП) шлифованием, были измерены с помощью; точного профилографа-профилометра значения параметра Rq на 100 трассах, отстоящих друг от друга на величину (полученного также экспериментально) интервала корреляции *к — 0,01 мм. Результаты обработки наблюдений приведены ниже (см. табл. 4). Исследованные детали имели технологическую неоднородность поверхности, лежащую в пределах 20—30%.

Технологическая неоднородность поверхности (широта распределения в % к среднему значению) .... 28 28 20

где Я — глубина канавки; рвп — радиус кривизны ее впадины в осевом сечении растягиваемого или сжимаемого образца; ka — коэффициент, зависящий от вида нагружения (изгиб, растяжение, сдвиг, кручение) и отношения глубины надреза к шагу. Последующими работами [27,65] установлено, что коэффициент концентрации а%, полученный для кольцевых надрезов на цилиндрическом стержне и не учитывающий температурный эффект, в определенной мере применим и к оценке влияния неровностей поверхности на усталость металлов. Затем было обнаружено, что аналогичным показателем хорошо оценивается также противокоррозионная стойкость поскольку, как указывалось в п. 3 гл. I, глубокие впадины с малыми радиусами кривизны дна, обусловливающие концентрацию напряжений, способствуют не только образованию и росту усталостных трещин, но также увеличивают неоднородность поверхности и приближают момент первых коррозионных разрушений.

Теория БЭТ дает простое и последовательное описание процессов физической адсорбции и объясняет пять типов изотерм рис. 9.'Вместе с тем в последние годы: все сильнее проявляется несовершенство теоретической базы метода БЭТ, поскольку всякая теория, игнорирующая взаимодействие между частицами в одном слое (латеральное взаимодействие) и неоднородность поверхности, считается ограниченной. Самым слабым местом теории БЭТ является основное положение, согласно которому теплоты адсорбции во втором и последующих слоях равны теплоте сжижения пара. Более приемлемым считается допущение, что третий и последующие слои адсорбата подобны жидкости [21].

Субмикроскопическая (атомная) неоднородность поверхности металла