Пластической релаксации

Важным преимуществом НТМО является то, что при данном способе упрочнения можно применять самые различные процессы пластической обработки стали: прокатка, свободная ковка, ковка в ручьях, прессование, экструзия, волочение и глубокая вытяжка.

Установлено резкое повышение стойкости к горячесолевому растрескиванию после поверхностной пластической обработки (ППД). Уже после обычной пескоструйной обработки стойкость при 315°С составляет более 1000 ч. Лучшие результаты получаются при гидродробеструйной обработке с последующей галтовкой для сглаживания поверхности.

Установлены основные закономерности изменения предела выносливости титановых сплавов в результате горячей пластической обработки, которая в общем случае значительно повышает усталостную прочность литого металла. Деформация в области существования а- и 0-фаз по сравнению с деформацией в /3-области несколько повышает значения усталостной прочности титановых сплавов. Так, по данным [117, с. 333; 125; 126], ковка сплава типа ВТ6 в (3-области понизила предел выносливости по сравнению с ковкой в (а+0) -области на 12 %. По данным [117, с. 333], это повышение мало заметно. Существенное значение имеет степень горячей пластической обработки: чем более деформирован металл при прочих равных условиях, тем выше его усталостная прочность. При этом наибольшее увеличение предела выносливости происходит при е = 300н-400 %. При большей степени деформации предел выносливости изменяется мало.

Авторы совместно с Т. В. Степановой, Н. Н. Вассерманом и В. Ё. Калугиным провели систематическое исследование влияния горячей пластической обработки (ковки) на предел выносливости сплава ВТ6 (крупные поковки). Результаты этих исследований представлены в табл. 24,

Ко второй группе относятся структуры с плохой проработкой в процессе горячей пластической обработки, они характеризуются большой неоднородностью размеров и формы зерен, наличием прослойки а-фазы по границам бывших 0-зерен, а также сочетанием различных типов структур (глобулярной и пластинчатой).

Разработка новых материалов включает в себя проведение целого комплекса исследований в различных областях материаловедения. Поэтому для каждой проблемы были построены деревья целей, используемые впоследствии для получения оценок относительной важности. На укрупненной схеме 10 приведены основные направления исследований и разработок, проблемы и подпроблемы в области создания алюминиевых сплавов для машиностроения. Оценивая относительную важность составляющих элементов, эксперты отдали предпочтение научно-исследовательским работам в области металловедения, отметив, что эта тенденция сохранится до 1990 г. В области исследований металлургической технологии на ближайшую пятилетку эксперты оценили как равнозначные работы по технологии выплавки и горячей пластической обработки, но к 1990 г. картина должна измениться, и задача разработки

Разработка технологии горячей пластической обработки

В случае применения других методов нанесения покрытий на металлические поверхности, полученные способом литья, пластической обработки (прокатки, ковки или штамповки) или обработанные на станках, необходимо только снять жиры, грязь или окисные пленки и окалину. Однако может потребоваться обработка поверхности путем механической очистки, полирования и травления,

Плакирование заключается в нанесении покрытия путем пластической обработки термохимическими способами:прокаткой, прессованием или ковкой. Во всех трех случаях механизм процесса одинаковый: соединение покрытий с основным слоем под давлением. Для получения хорошей адгезии между покрытием и основным слоем необходимо полностью устранить примеси (в виде окислов) на межфазной границе под

Олово мягкий металл и очень пластичный. Следовательно, металлы с покрытием олова могут подвергаться существенной обработке без опасности образования несплошности покрытия. Более того, в некоторых случаях раскатка олова по поверхности покрытия в результате пластической обработки приводит к устранению пористости, возникающей после осаждения покрытия. Олово легкоплавкий электропроводный металл. Характерные случаи применения покрытий оловом приведены в табл. 4.9.

223. Шилов В. И., Лель Р. В., Су яров Д. И.— Исследование процессов пластической обработки металлов: Науч. тр./УФАН. Свердловск: УФАН, 1971, № 23, с. 29—59.

Высокая твердость мартенсита объясняется главным образом влиянием внедренных атомов углерода в решетку «-фазы, созданием микро- и субмикроскопической неоднородности строения с повышенной плотностью дефектов кристаллического строения. Поверхности раздела кристаллов мартенсита представляют собой трудно преодолимые препятствия для движения дислокаций. Подвижность дислокаций затруднена и в связи с повышенной их плотностью из-за фазового наклепа. Все это и определяет высокую твердость стали, имеющей мартепситную структуру. Хрупкость мартенсита связана с пониженной подвижностью заблокированных дислокаций, что уменьшает возможность пластической релаксации в местах концентрации напряжений. Присутствие углерода и других примесей в твердом растворе повышает электросопротивление и коэрцитивную силу мартенсита, понижает остаточную индукцию и магнитную проницаемость по сравнению с ферритом.

Механический смысл понятия предела трещиностойкости мо/г:-но еще пояснить следующим образом. Пусть имеется критическая диаграмма р — 1, отвечающая случаю отсутствия пластических деформаций у вершины трещины (т. о. концепция коэффициента интенсивности справедлива). Однако эта диаграмма является теоретической и Fie совпадает с реальной рс — / из-за развития пластической зоны у вершины трещины, причем всегда р>рс при данной длине /, так как в силу пластической релаксации напряжений несущая способность образца падает (сравнительно со случаем идеальной упругости, когда такого падения напряжения пет). Тогда можно записать, что

В первом переходном интервале (7" — Тс) разрушение происходит после сравнительно небольшой пластической деформации. В поликристаллах, не склонных к межзеренному разрушению, трещины растут путем скачкообразного преодоления собственной зоны пластической релаксации. Особенностью этих трещин Л' •$•' , является наличие бороздок (рис. а " 5.10, б) и явное сходство С уста- Рис- 5-15- Схема скола с периодической ЛОСТНЫМИ трещинами [421]. Релаксацией [417]:

Бороздчатый рельеф может быть сформирован, как показали Фри-дель [417] и А. Н. Орлов [425], при сравнительно медленном распространении трещины скола с периодической релаксацией: трещина периодически преодолевает собственную зону пластической релаксации (рис. 5.15) под действием все возрастающей нагрузки, пока длина трещины не достигнет критического размера. Критический размер трещины, сформированный по механизму скола с релаксацией, как показано в работе [380], экспоненциально зависит от температуры.

Испытания образцов проводили с выдержкой материала при постоянной нагрузке в цикле до 300 с при температуре 923 К. Существенное увеличение оценки размера зоны следует связывать с изменением в условиях нагружения. Возросшая температура и длительная выдержка материала при постоянной нагрузке вызвали возрастание предела текучести материала на растяжение и способствовали более полной пластической релаксации циклической энергии в результате низкой скорости деформации.

Приближение к указанной критической частоте (iff нагружения по мере ее возрастания сопровождается противоположными процессами по своему влиянию на рост трещин. С возрастанием частоты материал не успевает в полной мере релакси-ровать поступающую энергию к кончику трещины за счет процессов пластической деформации в связи с приближением к скорости движения дислокаций и избыток поступающей энергии будет релак-сирован за счет создания свободной поверхности квазихрупко. Движение трещины в момент ее скачкообразного подрастания в цикле нагружения не будет заторможено за счет пластической релаксации, и поэтому ее скорость будет близка к скорости распространения статической, хрупкой трещины при монотонном растяжении материала. Следует ожидать влияние на скорость роста трещины охрупчивания материала из-за резкого снижения возможности пластической релаксации поступающей энергии по мере нарастания частоты нагружения в две стадии. Первоначально возрастание частоты нагружения приводит к снижению размера зоны пластической деформации при прочих равных условиях, что и объясняет основной эффект ее влияния на снижение скорости роста трещины [1]. Результаты выполненных испытаний жаропрочного сплава In 718 на образцах толщиной 11 мм при нагреве до температуры 923 К и асимметрии цикла 0,1 приведены на рис. 7.1. Чередование частот приложения нагрузки приводит к тому, что взаимное влияние условий роста трещины при плоской деформации и плосконапряженном состоянии снижает скорость роста трещины при низкой частоте нагружения по сравнению с монотонным процессом неизменно низкочастотного нагружения.

Концентрация напряжений, вызванная упругими трещинами или скоплением дислокаций, существенно влияет на хрупкое разрушение, так как условие разрушения совершенно хрупких (т. е. упругих) твердых тел состоит в достижении максимальным напряжением критической прочности. В пластичных металлах концентрация напряжений подвержена пластической релаксации вследствие зарождения дислокаций и их движения на соседних плоскостях скольжения. Поэтому в процессе развития трещины совершается работа пластических деформаций.

Мартенситное превращение сопровождается изменением формы превращенной области, что проявляется в образовании рельефа на плоской поверхности образца. Движение межфазной поверхности при мартенситном превращении по своему характеру близко к распространению двойниковых границ. В обоих случаях перестройка решетки осуществляется перемещением частичных дислокаций (трансформационных или двойникующих) вдоль межфазной поверхности. Вследствие этого скорость роста мартенситных кристаллов велика и мало чувствительна к изменению температуры. Со сдвиговым характером перестройки решетки связано и образование многочисленных дефектов кристаллической решетки в мартенситной и исходной фазах. Дефекты являются следствием пластической релаксации упругих напряжений, возникающих в связи с изменением формы превращающейся области. Мартенситные превращения называют также превращениями с изменением формы [119].

Ускоренный нагрев, повышая степень фазового наклепа и уменьшая возможности диффузионного перемещения дислокаций, приводит к интенсивному развитию после сдвигового а -> ^-превращения пластической релаксации, сопровождающейся рекристаллизационными процессами. В результате общность ориентировки утрачивается и зерно измельчается.

Повышение прочности в процессе ТМО по сравнению с обычной закалкой объясняется предварительным наклепом аустенита, в котором в результате деформации создается повышенная плотность дислокаций, наследуемая образующимся при закалке мартенситом. Такое структурное состояние обеспечивает протекание пластической релаксации локальных напряжений, вызванных повышенной плотностью дислокаций. Как следствие, образующийся при отпуске мартенсит, несмотря на более высокую по сравнению с обычной термической обработкой плотность дислокаций, имеет меньший уровень остаточных напряжений. Это обеспечивает более высокие значения как прочности, так и ударной вязкости и пластичности одновременно.

Механический смысл понятия предела трещиностойкости можно еще пояснить следующим образом. Пусть имеется критическая диаграмма р — I, отвечающая случаю отсутствия пластических деформаций у вершины трещины (т. е. концепция коэффициента интенсивности справедлива). Однако эта диаграмма является теоретической и не совпадает с реальной рс — I из-за развития пластической зоны у вершины трещины, причем всегда р > рс при данной длине I, так как в силу пластической релаксации напряжений несущая способность образца падает (сравнительно со случаем идеальной упругости, когда такого падения напряжения нет). Тогда можно записать, что