Напряжений дислокаций

Значительная часть напряжений деформации решетки сосредоточена вокруг дислокаций. Дислокация окружена полем упругих напряжений, которое взаимодействует с такими же полями соседних дислокаций. Характер силового воздействия на данную дислокацию от внешних нагрузок и от окружающих дислокаций одинаков. Дислокация характеризуется смещением атомов в ней самой; кроме того, возникают упругие смещения в окружающей дислокацию правильной решетке. Соответственно этому распределяются и напряжения.

р = ЮО Н (22 фунт), деформации ползучести отсутствуют. Положим для материала 1 скорость деформаций ползучести равной ёс' = kP\ 1/мин, а для материала 2 равной ёс = 0 при любом уровне напряжений. Деформации ползучести можно, рассматривать таким же образом, как и термические деформации. Подставляя а\АТ -f- e° вместо с^ДГ в уравнение совместности, дифференцируя и записывая полностью ёс и Р2, получаем следующее дифференциальное уравнение длл Р\: .

В настоящее время имеется методика оценки циклической прочности сильфонных компенсаторов [90, 168, 249]. Расчет ведется в предположении упругого поведения конструкции в фиктивных напряжениях (деформациях). Сравнение (рис. 4.1.6, а) расчетных величин размахов фиктивных напряжений (деформации) (кривая 1) с экспериментальными (кривая 2), пересчитанными в фиктивные' напряжения путем умножения на модуль упругости измеренных упругопластических деформаций, для ис-

Поскольку в плоской волне напряжений деформации в поперечном направлении равны нулю (е0=еф=0), объемная деформация еу — ег. Гидростатическое давление, приводящее к

V. Перераспределение внутренних напряжений Деформация частей агрегата вследствие действия внутренних. напряжений, установ -ки на фундамент и т. д. Деформация частей принадлежностей агрегата и при способ лени it вследствие дсй -ствия внутренних на -пряжений Деформация ин -струмснта вследствие действия внутренн их напряжений ' Деформации заготовки и полуфабриката вследствие дей -ствия внутренних напряжений, полимеризации и релаксаций Изменение размеров, мер и средств измерения во времени вследствие внутрен -них напряжений

Деформации и коробление сварных деталей и конструкций, так же как и трещины, появляются в результате неравномерного нагревания и охлаждения изделий при сварке, а также в результате возникающих в металле напряжений.

Подставляя вместо напряжений деформации по закону Гука, получают уравнение распространения волн в упругой среде:

Деформации, напряжения и перемещения относятся к сопутствующим сварочным процессам, оказывающим отрицательное воздействие на конструкцию в процессе ее изготовления и в последующем, снижая ее эксплуатационные характеристики, ухудшая качество. Так, напряжения в сварной конструкции уменьшают величину усталостной прочности, особенно если в сварном соединении имеется концентратор напряжений. В реальных конструкциях роль надреза, т. е. концентратора напряжений, может выполнять непровар, трещина и т. п. Форма шва также определяет характер распределения напряжений: наличие усиления сверху и снизу шва вызывает в месте перехода от шва к основному металлу концентрацию напряжений.

Пластические деформации и напряжения в сварной конструкции ухудшают технологическую прочность сварного соединения. В результате в швах или околошовной зоне могут образовываться трещины. Практика эксплуатации сварных конструкций свидетельствует о том, что напряжения снижают их сопротивляемость хрупким разрушениям. Они же могут искажать размеры конструкций и понижать точность изготовления из-за переопределения напряжений при снятии части металла в результате, например, обработки резанием.

Связь между напряжениями и деформациями. Для изотропного упругого тела при малых деформациях обобщенный закон Гука устанавливает линейные соотношения между компонентами деформации и компонентами напряжений

Рис. 20. Эффект Пуассона (а) при деформации растяжения стержня и диаграммы напряжений и деформаций (б) в точке стержня в плоскости, проходящей через ось х

Хирш [237] на основе анализа теории Зегера показал, что эта теория не учитывает неизбежной релаксации напряжений в результате перекрытия полей напряжений дислокаций при близком их расположении. В связи с этим формула (3.3) требует дополнительной проверки, несмотря на то что дает хорошие результаты.

Снижение коэффициента деформационного упрочнения К на второй и третьей стадиях, согласно Такеучи [296], обусловлено, прежде всего неоднородным распределением дислокаций в структуре и определяется частичной компенсацией полей упругих напряжений дислокаций при образовании сплетений или малоугловых границ, что действительно имеет место, когда расстояние между дислокациями составляет несколько межатомных [337]. При этом упрочнение начинает определяться не столько свойствами отдельных дислокаций, сколько их поведением в дислокационных ансамблях [337].

Методом акустической эмиссии исследованы {57] внутренние напряжения в КЭП на основе железа, никеля, сплавов Fe—Ni и Fe—Zn, содержащих корунд. Принцип метода заключается в измерении интенсивности упругих волн, возникающих при нагружении образца с покрытием, которое вызывает образование микротрещин. Как в КЭП, так и в контрольных покрытиях возникало одинаковое число упругих волн: наличие в матрице дисперсных частиц приводит к нарушению поля напряжений дислокаций и тем самым к ослаблению внутренних напряжений и уменьшению хрупкости.

В настоящее время успешно развивается и находит широкое признание объяснение явления упрочнения на основе атомного механизма пластической деформации, в частности, теории дислокации. Деформационное упрочнение здесь рассматривается как следствие взаимодействия полей напряжений дислокаций между

Пластическая деформация поверхностного слоя сопровождается увеличением числа дефектов и искажением кристаллической решетки, изменением субструктуры и микроструктуры металла поверхностного слоя. В металле поверхностного слоя резко возрастает количество дислокаций, вакансий и других несовершенств кристаллической решетки, повышая его напряженность. Взаимодействие полей напряжений дислокаций между собой и с другими дефектами решетки затрудняет движение дислокаций, сопротивление пластической деформации возрастает, металл упрочняется (наклеп, деформационное или механическое упрочнение). Число дефектов в кристаллической решетке поверхностного слоя зависит от степени пластической деформации. Степень деформации, а следовательно, и число дефектов в решетке по глубине поверхностного слоя переменные, они уменьшаются с его глубиной.

Сплавы этого класса представляют простейший, в некоторых отношениях, случай, поскольку их поведение при водородном охруп-чивании можно относительно легко связать с простыми физико-металлургическими свойствами. Как уже указывалось, имеющиеся данные позволяют предполагать (правда, не с полной уверенностью), что связанные с водородом потери пластичности обусловлены присутствием включений и выделений [72, 74, 87]. Последовательность событий при этом, по-видимому, такова. Дислокации, несущие водород, при деформации скапливаются около частиц, в результате чего динамически может создаваться высокая локальная концентрация водорода [314]. Часть этого водорода может освобождаться в результате перекрывания полей напряжений дислокаций, а еще часть водорода будет захвачена включением [314]. Когда на растягиваемом образце начинает формироваться шейка, водород принимает участие в локальных процессах, и может либо снижать прочность границы раздела частица/матрица, либо стабилизировать малые полости или трещины, образующиеся в частицах, либо проникать в полости растущие вокруг частиц и содействовать их росту, за счет внутреннего давления Hi. Отметим, что последнее взаимодействие начинается только на стадии образования шейки. Все перечисленные процессы могут облегчать и ускорять обычное вязкое разрушение и делать его возможным при меньшей деформации, что, в свою очередь, соответствует потере пластичности и уменьшению относительного сужения, или же ускоренному растрескиванию при испытаниях на КР. Весь ход событий можно проследить по рис. 52.

Ранее было высказано предположение, а в работе [45 ] установлено, что пленка имеет высокую концентрацию точечных дефектов (вакансий). Действительно, известно [12 J, что избирательное растворение легирующих компонентов медного сплава в кристаллической решетке твердых растворов и химических соединений вызывает избыточную концентрацию вакансий. Кроме того, вакансии возникают при деформировании пленки и при выходе дислокаций на поверхность. При толщине порядка 1 мкм пленка имеет пористость, которая еще более снижает ее толщину, делая ее соизмеримой с полями напряжений дислокаций. ПАВ, находящееся в порах пленки, понижает прочность стенок пор. Высокая подвижность дислокаций в пленке таким образом обеспечивается сочетанием способствующих этому факторов: высокой избыточной концентрацией вакансий, адсорбционным эффектом Ребиндера и малой толщиной стенок пор пленки. Вместе с тем увеличение площади фактического контакта до значения, близкого к номинальному, с одной стороны, и снижение трения примерно на порядок до значений жидкостного, с другой, дает основание полагать, что трение идет не между твердыми поверхностями, а между дискретными частицами со слабым взаимодействием между ними. Затруднение в исследовании этого состояния пленки состоит в том, что оно существует в процессе трения в условиях всестороннего сжатия и нагрева при трибохимическом воздействии и при прекращении трения исчезает,

Естественно, что снижение энергии кристалла при упорядочении расположения^ примесных 'атомов внедрения в полях сдвиговых напряжений дислокаций также повышает напряжение, необходимое для инициирования их движения. При движении дислокации она может взаимодействовать и со статистически распределенными примесными атрмами, искажающими кристаллическую решетку металла-растворителя. В этом случае происходит так называемое взаимодействие но Флейшеру, также повышающее напряжение скольжения дислокации.

Влияние дислокаций на образование зон Г—П не обнаружено, хотя оно возможно из-за наличия полей напряжений дислокаций. Выделение промежуточной фазы 6" на дислокациях в плоскостях {100} при старении (125° С, 10 мин) показано при злектронномикроскопическом исследовании на просвет (Мак Лин).

Так, если химическая микронеоднородность ликвационного и карбидного происхождения обнаруживается весьма достоверно и сравнительно просто, то микронеоднородность, вызываемая действием внутренней адсорбции (включая и присутствие моноокиси кремния), экспериментально пока не может быть выявлена, так как нет средств и методов, обладающих необходимой чувствительностью. Очень трудно экспериментально обнаружить химическую ультрамикронеоднородность, возникающую в результате взаимодействия полей напряжений дислокаций с растворенными атомами. Тем не менее, однако, уже сейчас имеются предпосылки для того, чтобы обеспечить возможность управления в определенной мере степенью развития химической микронеоднородности и, следовательно, величиной прокаливаемости.