Повышение плотности

Для некоторых металлов (например алюминия, титана, монокристаллов молибдена и вольфрама) в процессе возврата и полигонизации происходит заметное понижение прочности и повышение пластичности. Однако их жаропрочные свойства при этом повышаются. У меди, никеля и их сплавов на определенной стадии полигонизации твердость, пределы текучести, упругости и выносливости, а также пластичность повышаются. Одновременно снижаются неупругие эффекты. Упрочнение происходит в результате закрепления подвижных дислокаций атомами примесей в дислокационных стенках, возникающих при полигонизации деформированного металла.

Рекристаллизационный отжиг. Под рекристаллизационным отжигом понимают нагрев холоднодеформированной стали выше температуры рекристаллизации, выдержку при этой температуре с последующим охлаждением. Цель отжига — устранение наклепа и повышение пластичности. Этот вид отжига применяют перед холодной обработкой давлением и как промежуточную операцию для снятия наклепа между операциями холодного деформирования. В некоторых случаях рекристаллизационный отжиг используют и в качестве окончательной термической обработки.

Преобразователи для контроля анизотропии механических и электрофизических свойств металлов. Одной из важнейших характеристик современных металлов и сплавов, во многом определяющей их механические и физические свойства, является степень совершенства кристаллографической текстуры, под которой понимается преимущественная пространственная ориентация зерен в поликристалле. Текстура, обусловливая анизотропию свойств, обеспечивает избирательно в различных направлениях повышение пластичности, прочности, модуля упругости, магнитных свойств, стойкости металлических покрытий против коррозии и т. д. Создание в материалах совершенной кристаллографической текстуры является в ряде случаев одним из путей повышения их эксплуатационных характеристик. Для этого исследователям и специалистам-практикам необходимы методы и средства для получения сведений о типе и степени совершенства кристаллографической текстуры. Другой не менее важный аспект необходимости измерения анизотропии физических, свойств металлов, обусловивший рождение на свет разнообразных конструкций датчиков, вызван необходимостью определения механических остаточных напряжений в деталях машин и механизмов, элементах строительных конструкций и т. д., выполненных из различных марок конструкционных сталей. Для этих целей используется явление магнитоупругого эффекта, под которым в общем случае принято понимать изменение магнитных свойств материала под воздействием механических напряжений. Измерив изменение величины или характера анизотропии магнитных свойств, можно, используя градуи-ровочные кривые зависимости магнитных свойств исследуемого материала от величины механических напряжений, судить об их наличии в металле, а иногда и оценить их величину [50].

тических диаграммах отсутствует второй участок. Повышение пластичности стали приводит к снижению скорости роста трещины и появлению горизонтального плато, при этом могут исчезать отдельные участки.

прокатка, поперечная прокатка и винтовая прокатка. В зависимости от темп-ры прокатываемого металла различают П. горячую (темп-pa нагрева выше порога рекристаллизации, что обеспечивает повышение пластичности металла), холодную (обычная темп-pa) и тёплую (темп-pa нагрева ниже порога рекристаллизации). Т.н. периодич. профили получают периодической прокаткой. ПРОКАТНЫЕ ВАЛКИ - см. Валки прокатные.

Повышение пластичности полимерных пленок способствует сохранению защитных свойств покрытий в условиях знакопеременных и растягивающих нагрузок в коррозионно-активных средах, в том числе при наводороживании, при этом важна способность покрытий сохранять свою эластичность в процессе длительной эксплуатации и при изменении температур. В качестве пластификаторов, обеспечивающих сохранение эластичности эпоксидных покрытий, применяют дибутилфталат, масло-эфир ЛЭ-5 (на базе синтетических кислот фракции С5—С6 и диэтиленгли-коля), П-3 - сложный эфир пентаэритрита и синтетических жирных фракций С5—С9 и др. Высокими пластифицирующими свойствами обладает маслоэфир ЛЭ-5, введение которого в эпоксидную композицию обеспечивает эластичность покрытия на длительное время, в том числе при низких температурах. Эпоксидные компаунды, пластифицированные маслоэфиром ЛЭ-5, применяют для защиты от коррозии внутренней поверхности насосно-компрессорных труб, которые эксплуатируют на сероводородсодержащих нефтяных месторождениях.

Преобразователи для контроля анизотропии механических и электрофизических свойств металлов. Одной из важнейших характеристик современных металлов и сплавов, во многом определяющей их механические и физические свойства, является степень совершенства кристаллографической текстуры, под которой понимается преимущественная пространственная ориентация зерен в поликристалле. Текстура, обусловливая анизотропию свойств, обеспечивает избирательно в различных направлениях повышение пластичности, прочности, модуля упругости, магнитных свойств, стойкости металлических покрытий против коррозии и т. д. Создание в материалах совершенной кристаллографической текстуры является в ряде случаев одним из путей повышения их эксплуатационных характеристик. Для этого исследователям и специалистам-практикам необходимы методы и средства для получения сведений о типе и степени совершенства кристаллографической текстуры. Другой не менее важный аспект необходимости измерения анизотропии физических свойств металлов, обусловивший рождение на свет разнообразных конструкций датчиков, вызван необходимостью определения механических остаточных напряжений в деталях машин и механизмов, элементах строительных конструкций и т. д., выполненных из различных марок конструкционных сталей. Для этих целей используется явление магнитоупругого эффекта, под которым в общем случае принято понимать изменение магнитных свойств материала под воздействием механических напряжений. Измерив изменение величины или характера анизотропии магнитных свойств, можно, используя градуи-ровочные кривые зависимости магнитных свойств исследуемого материала от величины механических напряжений, судить об их наличии в металле, а иногда и оценить их величину [50].

материала, постепенно развивающееся под действием многократных повторных температурных напряжений. Т. у. во многом сходна с механич. усталостью. Т. у. особенно важно учитывать при проектировании элементов машин, работающих в условиях перем. тепловых режимов: турбин, электростанций, аппаратов хим. технологии, ядерных реакторов и т. д. Сопротивление Т. у, повышают все факторы, снижающие (без одноврем. ухудшения полезных механич. св-в) температурные напряжения, в частности повышение теплопроводности, уменьшение температурного коэфф. расширения, повышение сопротивления окислению. Из механич. св-в важно повышение пластичности и жаропрочности (при высокой верхней темп-ре цикла Т. у.).

Отрицательное влияние на прочность повышенного количества а-твердого раствора в структуре сплава при кристаллизации под давлением перекрывается повышением прочности эвтектики. Наблюдаемое повышение пластичности связано как с увеличением количества а-твердого раствора, так и измельчением частиц кремния.

Резкое повышение пластичности при 100 — 200 °С нельзя отнести за счет превращений в самом висмуте, так как физические свойства чистого висмута (99,9999 % ) в интервале 25 — 265 °С изменяются плавно по кривой, приближающейся к прямой [1].

Наконец, необходимо еще раз подчеркнуть большую роль способа выплавки стали при ее последующем упрочнении методом ТМО. Отмеченная выше (стр. 64) возможность получения более высоких механических свойств при НТМО сталей, выплавленных в вакууме из чистых шихтовых материалов, связывается с увеличением запаса пластичности в аустенитном состоянии [22]. Это приводит к улучшению пластических свойств стали после закалки. Кроме того, повышение пластичности аустенита, по-видимому, уменьшает вероятность локальной концентрации напряжений и снижает опасность трещинообразо-вания при деформировании, что способствует эффективности проведения ТМО.

Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняют движение отдельных новых дислокаций, а следовательно, повышают сопротивление деформации и уменьшают пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение. Напряжение сдвига т растет пропорционально корню квадратному из плотности дислокаций р : т ---- т„ -- abG \/ р; где т„ — напряжение сдвига до деформации, Ь — вектор Бюргерса и а — коэффициент, зависящий от типа решетки и состава сплава.

При деформации с большими и малыми скоростями (области / и 3) протекает обычное деформирование с образованием следов скольжения, при этом происходит повышение плотности дислокаций (наклеп) и зерна вытягиваются вдоль направления деформации.

При горячей обработке давлением (прокатке, прессовании, ковке, штамповке и т. д.) упрочнение в результате наклепа (повышение плотности дислокаций) непосредственно в процессе деформации непрерывно чередуе~ся с процессом разупрочнения (уменьшением плотности дислокаций) при динамической полигонизации и рекристаллизации во время деформации и охлаждения. В этом основное отличие динамической полигонизации и рекристаллизации от статической.

По современным представлениям [41-44], базирующимся в значительной мере на работах А. Ф. Иоффе, Н. Н. Давиденкова и Я. Б. Фридмана, переход металла в хрупкое состояние наблюдается, когда разрушающее напряжение (сопротивление отрыву) становится равным пределу текучести. На микроскопическом уровне хрупкое разрушение происходит путем скола по плоскостям преимущественной ориентации решетки металла [45]. Важная роль при этом принадлежит механизмам ограничения пластического деформирования. Эти механизмы могут иметь различную природ}1, причем доминирование любого из них определяется совокупно стью большого числа факторов (температурой, скоростью деформирования, химическим воздействием и т. д). Общепризнанно, что на степень стеснения пластических деформаций оказывают влияние наличие в металле дефектов, конструктивных концентраторов напряжений, повышение плотности дислокаций, мелкодисперсные выделения [46].

Третья стадия - стадия деформационного упрочнения. На этой стадии в пластичных металлах и сплавах наблюдается интенсивное повышение плотности дислокаций и формируется дислокационная ячеистая структура, а при определенном критическом напряжении <тск, предложенном И.А. Одингом и Ю.П. Либеровым, на поверхности металла появляются субмикротрещины размером порядка 1 - 3 мкм. Внутри металла также образуется дефектная структура в областях с критической плотностью дислокаций. Завершается эта стадия при достижении максимальной нагрузки и начала шейкообразования.

На стадии циклического деформационного упрочнения происходит интенсивное повышение плотности дислокаций в пластичных металлических материалах (рис. 18). При этом наблюдается большое разнообразие формирующихся дислокационных структур в зависимости от типа кристаллической решетки и структурного состояния металлических материалов. Однако если просто изучать все многообразие дислокационных структур, то очень трудно иыявить общие закономерности накопления повреждений в процессе усталости. Важно рассмотреть эволюцию дислокационных структур при характерных (пороговых) условиях пластической деформации и разрушения. В этом смысле весьма перспективно привлечь к анализу представления синергетики (области научных исследований, целью которых является выявление общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной природы). Подходы синергетики позволяют описывать сложное поведение открытых систем (а образец или конструкция, которые испытываются на усталость, являются открытыми системами), не вступая в противоречие со вторым законом термодинамики. Синергетика оперирует диссипативными структурами, образующимися в неравновесных условиях в результате обмена энергией (или энергией и веществом) с окружающей средой при подводе внешней энергии к материалу.

Повышение плотности дислокаций на стадии циклического деформационного упрочнения приводит к формированию упорядоченных самоорганизующихся дислокационных структур (СДС). Эти структуры в основном являются диссипативными. И. Пригожий и И. Стенгерс образование диссипатив-ных структур связывают с термодинамической неустойчивостью системы в точке бифуркации, когда, например, хаотическая структура перейдет на новый более дифференцированный и более высокий уровень упорядоченности или организации (например, формирование в металлах при циклической де-ТЕРЕНТЬЕВ В.Ф. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

По современным представлениям, базирующимся в значительной мере на работах А.Ф. Иоффе, Н.Н. Давиденкова и Я.Б. Фридмана [22, 38], переход металла в хрупкое состояние наблюдается, когда разрушающее напряжение (сопротивление отрыву) становится равным пределу текучести. На микроскопическом уровне хрупкое разрушение происходит путем скола по плоскостям преимущественной ориентации кристаллической решетки металла [40]. Важная роль при этом принадлежит механизмам ограничения пластического деформирования. Эти механизмы могут иметь различную природу, причем доминирование любого из них определяется совокупностью большого числа факторов (температурой, скоростью деформирования, химическим воздействием и т. д.). Общепризнано, что на степень стеснения пластических деформаций оказывают влияние наличие в металле дефектов, конструктивных концентраторов напряжений, повышение плотности дислокаций, мелкодисперсные выделения [41, 37, 39].

Вследствие термических эффектов в компонентах твердого сплава после лазерной обработки формируются остаточные напряжения, величина и знак которых зависят от плотности энергии пучка и исходной структуры материала. Благоприятным явлением считается повышение плотности дислокаций в карбидных зернах. В то же время существенное превышение микроискажении в кобальтовой фазе после облучения приводит к снижению демпфирующих свойств связки и пластичности твердых сплавов.

происходить за счет внедрения в адсорбционный слой воды, находящейся на поверхности металла, ионов железа или заполнения пустот в структуре воды катионами с большим зарядом и меньшим ионным радиусом, чем у железа, что вызывает скачкообразное повышение плотности кати-энных зарядов.

Некоторое повышение плотности, пластичности и прочности без заметного изменения предела текучести при кристаллизации бронзы Бр. ОЦС5-5-5 под давлением сжатого воздуха 0,5 МН/м2 отмечено в работе [69]. При повышении давления до 1,5 МН/м2 свойства меняются существенно, кроме того, они выравниваются по высоте заготовки.