Неоднородности химического

Данные, приведенные на рис. 10, свидетельствуют о том, что начавшийся неоднородный процесс деформирования по микрообластям закрепляется и в ходе дальнейшей пластической деформации практически не происходит перераспределения очагов повышенной и пониженной деформации или снижения микронеоднородности деформации. Величина микронеоднородности деформации в значительной степени зависит от легированности титановых сплавов и вида структуры. Относительная локальная неоднородность деформации, оцениваемая параметром (г? — = е,-/еср —1 (где е/ —относительная деформация /-того участка; еср — средняя относительная деформация образца), для чистого титана изменяется от —1 до +1. Таким образом, в локальных объемах относительная деформация может превышать среднюю в 2 раза. Повышение содержания легирующих элементов (At, V, Cr, Zr и др.), а также элементов внедрения приводит к увеличению относительной неоднородности деформации до 3—4, т.е. величина локальной деформации может превышать среднюю деформацию в 3—5 раз.

Существенное влияние на величину микронеоднородности деформации оказывает и изменение структуры сплава. На рис. 11 показано рас-пределЬние микронеоднородной деформации по длине репернсй линии образцов сплава flT-ЗВ с мелко- и крупнозернистой структурой.

мощью фотоулругих или медных покрытий; в) нанесением муаровой решетки или меток; г) с помощью травящих реактивов; д) с помощью узконаправленного пучка рентгеновских лучей; е) интерференционным методом; ж) с помощью косых лучей; з) с помощью микроскопа; и) голографическим весьма точным методом определения деформации. Если интерференционный метод объединить с непосредственным наблюдением деформации с помощью микроскопа, что осуществляется в микроинтерферометре, значительно увеличивается точность получаемых результатов по сравнению с методом косых лучей. Метод меток удобен для определения деформации и неоднородности деформации в очень малых объемах и особенно при малых степенях пластической деформации [1, с. 210]. На отполированной поверхности плоского образца от надреза к надрезу наносят алмазной пирамидой на приборе для определения твердости серию меток, представляющих собой «ловушки» прямоугольной формы. Сравнение последовательно выполненных фотографий дает возможность изучить

ниями, характеризующими неоднородность деформации. Это не обязательно имеет место для направленно армированных композитов, состоящих из армирующих элементов и матрицы. Для таких композиционных материалов характерный размер неоднородности структуры намного больше, чем для металлических сплавов. В самом деле, для композиционных материалов возможны такие условия приложения нагрузок, в особенности динамических, при которых характерный размер неоднородности деформации имеет тот же порядок, что и характерный размер неоднородности структуры.

На основе теорий, рассматривающих механическое поведение композита в целом, можно получить близкое к действительности описание связи напряжений с деформациями в композиционном материале в том случае, когда отношение наибольшего характерного размера структуры к наименьшему характерному размеру неоднородности деформации достаточно мало по сравнению с единицей. Самые элементарные сведения о механическом поведении композита в целом находятся путем осреднения перемещений, напряжений и деформаций по представительному объему. Простейшая теория для таких осредненных параметров связывает средние напряжения со средними деформациями при помощи так называемых эффективных упругих постоянных. В этой теории, которая называется «теорией эффективных модулей», механические свойства композита отождествляются со свойствами некоторой однородной, но, вообще говоря, анизотропной среды, «эффективные модули» которой определяются через упругие модули компонентов композита и параметры, характеризующие его структуру.

Так как в задачах о распространении волн характерный размер неоднородности деформации имеет первостепенную важность, первой тестовой задачей, из которой можно извлечь информацию о пригодности той или иной теории к исследованию динамического поведения, является задача распространения гармонических волн в бесконечной композиционной среде. Характерным размером здесь является длина волны Л, которая обычно вводится при помощи волнового числа k = 2я/Л. При наличии дисперсии гармонические волны различной длины распространяются с разными скоростями. Теория эффективных модулей непригодна для описания этого факта, так как классическая модель анизотропного континуума не может объяснить явление дисперсии свободных гармонических волн, которое имеет место в композиционной среде достаточной протяженности в том случае, когда длина волны имеет тот же порядок, что и характерный размер структуры. Для слоистой среды,

Дальнейшее обсуждение теории в полном ее виде (определяющие уравнения, граничные условия, условия единственности решения и т. п.) проводится в статье Ахенбаха с соавторами [8]. В последующей работе Ахенбаха и Геррмана [5] теория была уточнена путем учета членов второго порядка в разложении перемещений. Уточненная таким образом теория пригодна для случая малых значений отношения характерных размеров неоднородности деформации и структуры. Поправки высшего порядка обсуждались также в статье Друмхеллера и Бедфорда [24], где использованы усовершенствованные условия на границах раздела фаз и построены более точные дисперсионные кривые.

Приближенные теории, описывающие механическое поведение направленно армированных композитов, основаны на предположении о том, что отношение характерного размера структуры к характерному размеру неоднородности деформации много меньше единицы. В последние годы появились асимптотические методы исследования, с самого начала в явном виде использующие малость указанного отношения. Метод, использующий непосредственно асимптотические разложения, описан в работе [13]; предложенная там теория, по-видимому, применима в случае, когда композиционный материал работает как система волноводов.

развивалась деформация. Локализация пластической деформации в ограниченных областях с высокой плотностью дислокаций в них позволяет производить топографические исследования только на уровне линий скольжения (рис. 3, см. вклейку). Кроме отмеченной выше неоднородности деформации по образцу, часто обнаруживается локализация деформации в тонких поверхностных слоях: выявляемые рентгенотопографически области деформации в виде одиночных плоскостей скольжения распространяются в некоторых случаях на глубину менее 0,1 мм (рис. 3, в). Было также обнаружено, что в результате переполировки кристаллов со снятием с поверхности слоя толщиной около 50 мкм концентрация ямок травления уменьшалась от 10' до 103 см"2. Кри-сталлы после деформации, как правило, оставались прозрачными и бесцветными. Но при интенсивной деформации, когда ширина кривых качания была равна

формаций е,-/е на микробазах в процессе ползучести при температурах, не превышающих температуру начала процесса сверхпластичности. Несмотря на наличие значительной неоднородности деформации (отдельные всплески деформации в два и более раза превышают средний уровень) , механизм деформации ползучести строится здесь на высоком постоянстве закреплений «очагов» повышенной и уменьшенной деформации. На это указывает подобие кривых 1 и 2, полученных на двух последовательных ступенях деформирования. Устойчивость деформированного состояния по локальным объемам сплава можно оценить по величине параметра деформационной стабильности структуры [3]

Рассмотрим особенности развития микропластических деформаций при циклических нагрузках. Наличие резко выраженной неоднородности деформации по локальным областям поликристаллического сплава создает предпосылки для постепенного входа в пластическое деформирование «слабых» микрообъемов по мере увеличения числа циклов. Кроме того, в каждом цикле нагрузка — разгрузка и с изменением напряжения при обходе по восходящей и нисходящей ветвям петли механического гистерезиса будет непрерывно изменяться доля неупруго-деформирующихся микрообъемов. Такие локальные пластические деформации, проходящие на фоне общей упругой деформации матрицы [5], еще не приводят к выделению остаточной де-

Производственно-технологические дефекты. Дефекты плавки и литья. Одним из основных дефектов плавки является несоответствие металла заданному химическому составу, которое обусловливается ошибками, допущенными при расчете шихты, неправильным ведением процесса плавки или выгоранием отдельных компонентов сплава [22]. Одним из основных дефектов стальных отливок являются усадочные раковины и рыхлоты. Они образуются вследствие недостаточного питания отливки в процессе кристаллизации и отсутствия условий для направленной кристаллизации. Некоторые сорта металлов, например, кипящую сталь, варят так, чтобы растворенные в металле газы выделялись не полностью. Это уменьшает размеры усадочной раковины, но приводит к образованию газовой пористости, рассеянной по всему объему литого металла. Если поры и газовые пузыри в слитке имеют неокисленную поверхность, то она заваривается в процессе обработки давлением. Специфическим дефектом литого металла является ликвация — неоднородность химического состава по скелету дендрита и объему зерна. Сначала кристаллизуется аустенит с малым содержанием углерода, а затем с большим; если такая ликвация недопустима, то следует замедлить процесс кристаллизации, провести гомогенизирующий отжиг. Ликвация по плотности металла проявляется в обогащении нижней части слитка или отливки компонентами с большей плотностью в результате плохого перемешивания жидкого металла. Зональная ликвация, в отличие от неоднородности химического состава металла в дендритах и междендритных промежутках, проявляется в обогащении легкоплавкими составляющими центральной части слитка.

Производственно-технологические дефекты. Дефекты плавки и литья. Одним из основных дефектов плавки является несоответствие металла заданному химическому составу, которое обусловливается ошибками, допущенными при расчете шихты, неправильным ведением процесса плавки или выгоранием отдельных компонентов сплава [22]. Одним из основных дефектов стальных отливок являются усадочные раковины и рыхлоты. Они образуются вследствие недостаточного питания отливки в процессе кристаллизации и отсутствия условий для направленной кристаллизации. Некоторые сорта металлов, например, кипящую сталь, варят так, чтобы растворенные в металле газы выделялись не полностью. Это уменьшает размеры усадочной раковины, но приводит к образованию газовой пористости, рассеянной по всему объему литого металла. Если поры и газовые пузыри в слитке имеют неокисленную поверхность, то она заваривается в процессе обработки давлением. Специфическим дефектом литого металла является ликвация — неоднородность химического состава по скелету дендрита и объему зерна. Сначала кристаллизуется аустенит с малым содержанием углерода, а затем с большим; если такая ликвация недопустима, то следует замедлить процесс кристаллизации, провести гомогенизирующий отжиг. Ликвация по плотности металла проявляется в обогащении нижней части слитка или отливки компонентами с большей плотностью в результате плохого перемешивания жидкого металла. Зональная ликвация, в отличие от неоднородности химического состава металла в дендритах и междендритных промежутках, проявляется в обогащении легкоплавкими составляющими центральной части слитка.

6, Изменение скорости звука вследствие неоднородности химического состава материала, разброса средней величины кристаллитов (для металлов) и изменение характеристик поверхностных слоев (для чугуна в особо неблагоприятных случаях до 5%). Эти изменения полностью входят в погрешность измерений.

Например, при отливке деталей из-за неравномерного остывания, окисления, попадания в металл различных включений и газа, могут появиться дефекты в виде трещин, раковин, пор, ликвации (неоднородности химического состава) и неоднородности структуры. Кроме того, возникают внутренние напряжения, которые приводят к короблению детали и медленному изменению ее конфигурации в процессе эксплуатации.

фекты кристаллической решетки, а также места пересечений дислокаций,- одна из которых перемещается по другой плоскости скольжения. Дислокации часто зарождаются в местах значительных искажений решетки, большой неоднородности химического состава или около поверхностных дефектов (ступенек, царапин и т. д.). В современных методах обработки металлов и сплавов упрочнение направлено на повышение сопротивления движению дислокаций при их взаимодействии с дефектами кристаллической решетки и друг с другом.

При контроле эхо-импульсным методом малых толщин аналогичная погрешность возникает, если в толщиномере замеряется временной интервал между зондирующим и первым отраженным импульсами. Очевидно, что временной интервал между отдельными донными импульсами не зависит от толщины слоя контактной смазки. Кроме того, скорость распространения УЗК по всему объему материала не всегда одинакова. Она зависит от неоднородности химического состава, величины кристаллов металла, величины и формы графитных включений в чугунах, содержания ферритной фазы в сварных швах нержавеющих сталей и других факторов.

Затраты энергии, необходимые для осуществления данного технологического процесса, приводят, как правило, к целому ряду побочных явлений, которые изменяют свойства изделий, создают в них остаточные напряжения, искажают структуру материала, приводят к появлению дефектов самого разнообразного характера. Например, при отливке деталей из-за неравномерного остывания, окисления, попадания в металл различных включений и газа могут появиться дефекты в виде трещин, раковин, пор, ликвации (неоднородности химического состава) и неоднородности структуры. Кроме того, возникают внутренние напряжения, которые приводят к короблению детали и к медленному изменению ее конфигурации в процессе эксплуатации.

Твёрдость. Большое значение для штам-пуемости листа в холодном состоянии имеет низкая твёрдость (обычно определяемая по Роквеллу, шкала В) с узкими пределами её колебания. Одна и та же плавка стали вследствие указанной неоднородности химического состава может дать листы различной твёрдости. По американским техническим условиям различие твёрдости отдельных листов партии не должно превышать 10 И ^ . Промстандарт

Для элементов отливок, обращенных к оси вращения, с целью компенсации ликвационной зоны и неоднородности химического состава металла при центробежном литье и для особо ответственных деталей — задавать 5 — 7,5 мм на сторону. Базирование заготовок по необработанному отверстию следует использовать только на первой операции.

происходит перегруппировка дислокаций без образования новых блоков внутри зерен. Отдых используют для устранения внутри отдельных зерен или в объеме сплава неоднородности химического состава, возникающей чаще всего в процессе кристаллизации, а также для частичной релаксации напряжений.

При кристаллизации металла швов характерными являются процессы ликвации и усадки. Ликвация представляет собой неравномерное распределение составляющих (примесей), которое приводит к неоднородности химического состава металла шва. Усадка обусловлена уменьшением объема кристаллизующегося металла по сравнению с жидким.