Отдельных кристаллитов

В работе [82] исследована зависимость наведенной анизотропии от приложенных сжимающих и растягивающих напряжений в поликристаллах стали 20. Под влиянием упругих деформаций в отдельных кристаллах устанавливается некоторая ориентация векторов йамагниченности, соответствующая направлению наведенной анизотропии и анизотропии формы

В работе [82] исследована зависимость наведенной анизотропии от приложенных сжимающих и растягивающих напряжений в поликристаллах стали 20. Под влиянием упругих деформаций в отдельных кристаллах устанавливается некоторая ориентация векторов намагниченности, соответствующая направлению наведенной анизотропии и анизотропии формы

УСТАЛОСТЬ — изменение состояния металла в результате многократного повторного (циклического) деформирования, приводящее к его прогрессивному разрушению. Процесс У. разделяется на две основные стадии: в 1-й—накопление необратимых изменений, приводящих к возникновению трещины, во' 2-й — развитие трещины. В первой стадии до образования трещин происходит сначала накопление субмикроскопич. и микроскопич. изменений, выражающихся в перемещениях дислокации,., 'концентрации ваяансий и образовании скольжения пачек атомных слоев в кристаллах друг относительно друга. Эти скольжения, происходящие по кристаллографич. плоскостям наименьшего сопротивления сдвигу, могут «приводить к экструзиям, т. е. выползанию пачек атомных слоев из поверхности кристалла. Накопление внутри кристаллич. скольжений, развивающихся в отдельных^ кристаллах, наблюдается микроскопически в виде системы линий сдвигов и двойников.

Необратимые процессы при переменном деформировании проявляются в поглощении энергии, характеризуемом петлёй упруго-плаСтическОго гистерезиса, выделении тепла и накоплении локальных напряжений остаточных. Образование сдвигов при циклич. деформировании монокристаллов возникает на весьма ранних стадиях, составляющих по числу циклов несколько процентов по сравнению с тем, к-рое необходимо для возникновения микроскопич. трещин. В поликристаллах неравномерность необратимых .процессов при циклич. деформировании усугубляется микронерднородной напряженностью конгломерата вследствие случайной ориентировки отдельных кристаллов, дефектами их структур, искажениями у границ и др. несовершенствами. Начальные стадий сдвиговых, явлений возникают в отдельных наиболее напряженных и ослабленных дефектами кристаллах. При дальнейшем деформировании сдвиговые процессы распространяются на все большие объемы кристаллич. конгломерата. В настоящее время нет еще общепринятой теории усталостного разрушения. Согласно одной из распространенных теорий при определенном уровне циклической напряженности накопление сдвигов приводит к зональному исчерпанию способности металла к дальнейшему деформированию, к его;предельному наклепу и возникновению микроскопических разрушений в форме трещин, образующихся в местах высокой плотности сдвиговых, явлений. Наклеп, распространяющийся на часть напрягаемых объемов конгломерата, проявляется в увеличении сопротивления металла пластич. дефар-

мациям, т. е. в повышении твердости и предела текучести (см. Предел текучести физический, Предел текучести условный). Процесс неоднородного упруго-пластического деформирования поликристалла при повторном нагружении был моделирован на хлористом серебре («прозрачном металле»), подтвердив накопление пластич. деформаций и рост остаточной напряженности в отдельных кристаллах по мере накопления числа циклов.

В поликристаллической среде и металлах, обладающих упругой анизотропией, затухание определяется рассеянием энергии колебаний зернами металла. В отдельных кристаллах скорость ультразвука имеет разное значение в зависимости от направления его распространения относительно осей симметрии. Поэтому при переходе ультразвука из одного кристалла в другой вследствие различной ориентации кристаллов скорость ультразвука может существенно изменяться. В результате этого возникает частичное отражение, преломление и трансформация типов УЗВ. Ультразвуковые колебания постепенно рассеиваются во все стороны, причем степень рассеяния зависит главным образом от отношения длины К упругой волны к среднему диаметру d зерен-кристаллов, а также от степени анизотропии металла.

Металлы являются телами поликристаллическими. В отдельных кристаллах пространственные решетки ориентированы неодинаково. Кристаллы не имеют также однообразной правильной формы. Но, несмотря на произвольное расположение каждого кристалла, во всех направлениях они имеют примерно одинаковое количество различно ориентированных зерен.

Примечание. На отдельных кристаллах гафния Б 70%-ной азотной кислоте при комнат-

Примечание. На отдельных кристаллах гафния Б 70%-ной азотной кислоте при комнатной температуре образуется анодная пленка. Толщина пленки зависит от ориентации кристаллов. Наблюдалось образование пленок с высокой и низкой устойчивостью. При 0,025 ма/см% напряжение иа элементе было менее 1,5 е, в то время как при 1,5 ма/сл& напряжение возросло до 180 в. и пленка разрушилась при разрядном напряжении. Вч всех случаях при анодировании более сильное ьинсленые происходило на тех гранях кристаллов металла, иа которыя наблюдалось более интенсивное окисление у циркония и тех же условиях [87]. Ориентации металла влияет на pot_T анодной пленки, обрилующейся при 0,025 ми/ся& и температуре 90°, вы ее влияние оказывается второстепенным в отношении образовании ыродышей [87].

Кроме значений cr_i, <тв, «TQ^ при выборе марки стали учитывают ударную вязкость, сопротивление износу, прокаливаемость. Высокая циклическая прочность стали достигается в том случае, если она оказывает высокое сопротивление зарождению трещин усталости и их развитию. Механизм зарождения усталостной трещины связан с развитием и накоплением в поверхностном слое микропластической деформации. Он основан на движении дислокаций, возможность перемещения которых при напряжениях ниже предела текучести обусловлена анизотропией кристаллов и их случайной ориентацией. В отдельных кристаллах при небольших средних напряжениях могут возникать напряжения, достаточные для . перемещения слабозакрепленных дислокаций. Кроме того, для тонких поверхностных слоев (в 1 - 2 зерна) характерно низкое напряжение работы источников дислокаций Франка — Рида. По этим причинам в мягких (отожженных) металлах уже на ранней стадии нагружения (1 - 5 % от общего числа циклов до разрушения) наблюдаются ранняя микропластическая деформация и повреждение тонких поверхностных слоев. Микропластическая деформация проявляется в образовании на поверхности линий сдвига (скольжения), плотность которых растет с увеличением числа

УСТАЛОСТЬ — изменение состояния металла в результате многократного повторного (циклического) деформирования, приводящее к его прогрессивному разрушению. Процесс У. разделяется на две основные стадии: в 1-й — накопление необратимых изменений, приводящих к возникновению трещины, во 2-й — развитие трещины. В первой стадии до образования трещин происходит сначала накопление субмикроскопич. и микроскопич. изменений, выражающихся в перемещениях дислокации, концентрации вакансий и образовании скольжения пачек атомных слоев в кристаллах друг относительно друга. Эти скольжения, происходящие по кристаллографич. плоскостям наименьшего сопротивления сдвигу, могут приводить к экструзиям, т. е. выползанию пачек атомных слоев из поверхности кристалла. Накопление внутри кристаллич. скольжений, развивающихся в отдельных кристаллах, наблюдается микроскопически в виде системы линий сдвигов и двойников.

При некоторых условиях может образоваться видманштеттова структура, характеризующаяся выделением феррита из аустеиита не только по границам зерен, но и по кристаллографическим плоскостям отдельных кристаллитов. Видманштеттова структура в сварных соединениях но желательна, так как снижает их механические свойства. Металл шва при комнатной температуре и обычных для сварки скоростях охлаждения в области температур перекристаллизации имеет ферритно-перлитную или сорбитооб разную структуру.

кого металла, например для поверхности ртути или амальгамного электрода, которая может служить образцом однород-. ной поверхности. Относительно твердого металла это допущение может служить лишь известным приближением. Даже если твердый металл химически вполне однороден, разные участки его поверхности не являются вполне однородными физически. . . Разные точки поверхности, различающиеся своим положением в решетке отдельных кристаллитов, обладают различной энергией и различными свойствами, что отражается на кинетике электрохимических реакций, протекающих в этих точках. Особенно резкое отклонение от принятой упрощенной картины получается в том случае, когда металл содержит в себе инородные включения и когда вследствие этого на его поверхности имеются разделенные участки с различными физическими и химическими свойствами г.

отдельных кристаллитов облегчается вакансиями, концентрация и подвижность которых при таких температурах существенно возрастают.

где т — фактор ориентировки Тейлора. Таким образом, нахождение условия начала течения в поликристаллическом материале фактически сводится к поиску способа усреднения ориентировок отдельных кристаллитов для получения т. Простое усреднение всех возможных ориентировок, которое фактически предполагает, ЧТОБ каждом зерне действует одна система скольжения с максимальным значением приведенного касательного напряжения, дает для ГЦК-металлов т = 2,238 [4]. Аналогичный ход расчета в работе [23] с некоторыми допущениями об упрочнении за счет границ приводит к т — 2,2. Эти представления о независимой деформации каждого зерна противоречили самой сущности поликристалла, сохранению его сплошности во время деформации, что было явным ограничением теории и никак не согласовалось с данными эксперимента. Мизес впервые еще в 1928 г. показал 14], что для осуществления требуемого изменения формы тела необходимо иметь пять независимых компонент деформации (объем принимается постоянным). Для кристаллического тела это означает необходимость действия пяти различных систем скольжения. В принципе могут действовать и более пяти систем, но энергетически оптимальные условия течения достигаются при пяти действующих системах. Это значит, что в металле с ГЦК-решеткой, имеющей 12 кристаллографически эквивалентных октаэдрических систем скольжения, должны будут работать только пять с наиболее высокими для данной ориентировки приведенными касательными напряжениями.

По Н. Н. Давиденкову, различают остаточные напряжения трех родов. В основе классификации лежит объем, в котором напряжения уравновешиваются. Напряжения I рода, возникающие в процессе изготовления детали, уравновешиваются в объеме всего тела или в объеме макрочастей. Напряжения II рода формируются вследствие фазовой деформации отдельных кристаллитов, зерен и уравновешиваются в объеме последних. При наличии развитой субзерен-ной структуры напряжения будут локализоваться в объеме субзерен, которые могут иметь различное упругонапряженное состояние. Напряжения III рода уравновешиваются в микрообъемах кристаллической решетки. Причина их появления — упругие смещения атомов кристаллической решетки. Напряжения I рода часто называют тепловыми, напряжения II и III рода — фазовыми или структурными. В покрытиях обычно возникают напряжения всех родов, причем их величина колеблется в зависимости от метода напыления, толщины покрытия, природы напыляемого материала, предварительной подготовки поверхности напыления, технологического режима напыления, условий охлаждения и т. д. При нанесении покрытий возникают остаточные напряжения, которые могут иметь противоположные знаки, достигать весьма значительных величин, неравномерно распределяться в напыленном слое и основном металле. Наличие остаточных напряжений характерно для покрытий, нанесенных любыми способами.

В. П. Кирпичев [70] объясняет усталостное разрушение с точки зрения поликристаллической неоднородности строения металла. Конструкционные стали и другие сплавы представляют собой мелкокристаллический конгломерат, кристаллиты которого имеют случайную ориентировку. В зависимости от ориентировки кристаллографических осей кристаллиты имеют различные упругие свойства и различную прочность в различных направлениях, т. е. обладают анизотропией. При приложении внешних нагрузок возникают пластические деформации отдельных кристаллитов даже при небольшом числе циклов. Неоднородная пластическая деформация проявляется в несовершенной упругости, следствием которой является гистерезис и необратимые потери энергии. Пластические деформации отдельных кристаллитов и их групп вызывают перераспределение напряжений как от внешних, так и от остаточных напряжений при последующих нагружениях.

ласти существования нераспространяющихся усталостных трещин также с феноменологических позиций, предложенный Р. Петерсоном, состоит в анализе напряженного состояния в вершине концентратора напряжений и сопоставлении полученных результатов с уровнем напряжений, необходимых для роста трещин. Для образца с теоретическим коэффициентом концентрации напряжений аст реальный предел выносливости всегда выше, чем часть предела выносливости гладкого образца, соответствующая 1/аа- Действительно, если к надрезанному образцу приложить номинальное напряжение, при котором максимальное напряжение достигает предела выносливости гладкого образца 0Д, то усталостного разрушения не произойдет, так как для этого необходимо, чтобы напряжение ав существовало в некотором объеме металла, соизмеримом с размером отдельных кристаллитов или зерен. Иными словами, необходимо приложить несколько большую номинальную нагрузку для того, чтобы напряжние ал в зоне концентратора было достигнуто на некоторой глубине.

Для К. характерно: 1) постоянство фазового состава материала, т. е. неизменное качественное и количественное соотношение кристаллич. и стеклообразной фаз; 2) минимальное содержание в материале стеклообразной фазы, выполняющей цементирующую функцию. Кристаллич. фазой могут быть чистые окислы, синтетич. силикаты, алюмосиликаты и др. соли, горные породы и нерудные ископаемые, карбиды, нитриды, шлаки металлургич. произ-ва и др. материалы. Для получения стеклообразной фазы используют стекла разнообразных составов или некоторые окислы, к-рые по своим св-вам должны соответствовать назначению получаемой К., служить хорошим цементирующим компонентом для кристаллич. фазы, а также оказывать влияние в процессе синтеза на величину зерна, габитус и поверхностные св-ва отдельных кристаллитов, т. е. на структуру, а следовательно, и качество материала. Из одной и той же кристаллической; фазы можно получить К. с различными свойствами, используя равные количества различных по составу стеклоцементов или применяя разные количества одного стеклоцемента. В табл. 1 и 2 показано изменение предела прочности при изгибе К., обожженной при 1620°, в зависимости от природы стекла

Наибольшая чувствительность эхо-метода достигается при контроле изделий из гомогенных материалов с мелкозернистой структурой. Контроль крупнозернистых материалов (напр., литья) затрудняется мешающими отражениями от границ отдельных кристаллитов и сильным рассеянием УЗ волн. С уменьшением частоты УЗ колебаний (увеличением длины волны Я) уровень помех падает и условия прохождения волн улучшаются. Однако при этом возрастает и размер миним. выявляемого

пластические деформации происходят в первую очередь (в таких кристаллитах не успевают развиться большие напряжения). В других кристаллитах эти деформации происходят в последнюю очередь, в них возникают большие напряжения. Диаграмма напряжений, записываемая при испытании образца, является осредненной для всего множества кристаллитов. Если же на нее наложить диаграммы для отдельных кристаллитов, то они не совпадут с нею. На рис. 4.28 линия О ABC — диаграмма напряжений для образца, линия Оаф^ (Оа262с2) — диаграмма напряжений для кристаллита, в котором пластические деформации начались рано (поздно). Поскольку кристаллиты между собой связаны и не могут деформироваться независимо, образуя статически неопределимые системы, при разгрузке в них возникают остаточные напряжения а^ и
Поскольку основным структурным элементом любого графита являются кристаллиты, близкие к идеальным монокристаллам, их изменение легло в основу ряда теорий, предложенных для количественного описания процесса радиационного-изменения макроразмеров конструкционного графита. В ряде теорий выдвинута идея сопоставления размерного поведения монокристалла и поликристалла. Наиболее известными являются математические модели Симмонса [211, р. 559], Прайса и Бокроса [209]. Эти модели основаны на предпосылке о том, что графит представляет собой однокомпонентный кристаллический материал. Формоизменение графита определяется изменением размеров отдельных кристаллитов в направлении осей с и а. В этой связи следует рассмотреть сначала имеющиеся представления о радиационном изменении этих кристаллитов.