Размерную нестабильность

Значения механических свойств и фрактальной размерности структуры границ зерен изученной стали (данные Е.Г. Курзиной и др.)

2.4. Связь фрактальной размерности структуры зоны предразруше-ния при растяжении с механическими свойствами металлов и сплавов Пластичность.

Поэтому важным является определение фрактальной размерности структуры не только исходной, но и динамической. Степень разрыхления структуры непосредственно контролируется пластическими свойствами материала, а следовательно, фрактальная размерность пластически деформированных объемов должна зависеть от степени деформации. Однако, такую связь легче всего установить в критических точках (точки бифуркаций), обладающих свойствами универсальности.

Анализ экспериментальных данных по температурной зависимости разных сталей с 0,5<\/<0,8 показал, что между критическим значением фрактальной размерности структуры зоны предразрушения, определяемой в процессе растяжения образцов при комнатной температуре (далее обозначена D™ax) по величине \/=0,5 и 0,33, и значениями 10,5 и 1033 существуют линейные зависимости:

4.8.4. Связь фрактальной размерности структуры среды в критических точках с ее диссипативными свойствами.

Универсальность и масштабная инвариантность динамической самоорганизации фрактальных структур в критических точках позволила установить связь фрактальной размерности структуры зон предразрушения с параметрами,

2.4. Связь фрактальной размерности структуры зоны предразрушения при растяжении с механическими свойствами

4.8.4. Связь фрактальной размерности структуры среды

Связь фрактальной размерности структуры зоны предрпзрушення с механическими свойствами материалов показана в работе [1] и предполагает наличие такой связи также при использовании концепции мультифракталов (МФ) [2]. В настоящей роботе .исследована взаимосвязь МФ-хароктеристик структуры поперхностей статических изломов и механических свойств для проводок из Мо диаметром d - 1 мм при изменении геометрической структуры поверхности (волочение — обработка наждачными бумагами — электрополировка), нанесении IBAD-методом покрытий иа Re (h •= 0,4...4,2 мкм) и Си (h - 0,2...5,1 мкм', поверхностном обезуглероживании (h до 0,9 мкм) путем отжигт: 1400°С в вакууме; а также для проводок из сплава Мо — ОДНГС-0,lHfN-0,03C d =• 0,3 мм при нанесении магнетронного покрытия Мо-46Re (h - 2,5 мкм). Для получения МФ-характеристик использован., специальная методика параметризации структур, которая была разработана на основе оригинальной теоретико-информационной интерпретация Г. В. Встовским МФ-формализма [2]. Кратко суть методики сводится к следующему: 1) разбиения фотографий соответствующих учпстков изломов размером 04x64 мкм сеткой 64x64 ячейки и Присвоения ячейкам значений «1» и «О» в зависимости от микромеха разрушения (например, разрушение по телу зерна и продольное

Таблица 2.2 - Значения механических свойств и фрактальной размерности структуры границ зерен изученной стали (данные Е.Г. Курзиной и др.)

2.4 Связь фрактальной размерности структуры зоны предразруше-ния при растяжении с механическими свойствами металлов и сплавов Пластичность

металл испытывает дальнейшую размерную нестабильность в связи с колеб-

С технической точки зрения наиболее серьезная проблема в области использования реакторного горючего — это распухание металлического урана. Плотность при выгорании 1% металла уменьшается больше, чем на 3,4 %, вычисленных из расчета перевода урана в продукты деления. Одно из назначений оболочки ядерных тепловыделяющих элементов — это задержка распухания. Кроме анизотропного изменения размеров и распухания, металл испытывает дальнейшую размерную нестабильность в связи с колеблющимися термическими напряжениями, которым он подвергается во время пуска, выключения и колебаний мощности реактора. Необходимо отмстить, что даже во время устойчивой работы реактора в горючем существуют резкие градиенты температуры, зависящие от таких параметров реактора, как геометрия сердечника горючего, температура и скорость потока охладителя и градиент нейтронного потока.

В монографии рассмотрена роль фазовых превращений в формоизменении металлов и сплавов при периодических нагревах и охлаждениях. Изложены результаты исследования влияния полиморфных превращений, оплавления, процессов растворения и выделения фаз на структурную и размерную нестабильность металлических материалов. Приведены экспериментальные данные о необратимом формоизменении химически неоднородных сталей, композиционных материалов, алюминиевых сплавов, чугуна и др. Проанализирована роль диффузионных процессов при термоцик-лировании и описан растворно-осадительный механизм роста металлических сплавов.

Основная цель настоящей монографии — анализ влияния некоторых фазовых превращений на структурную и размерную нестабильность металлических материалов. Из всего многообразия фазовых превращений, анализ которых приведен в отдельной главе, избраны полиморфные превращения, процессы растворения и выделения избыточных фаз, а также процессы, связанные с изменением агрегатного состояния фаз. Этот выбор обусловлен как последствиями, вызываемыми указанными фазовыми превращениями, так и прикладными задачами. Рост графитизированных стали и чугуна, сверхпластичность железных сплавов в момент полиморфных превращений, развитие пористости в жаропрочных сплавах — явления, из-за которых нередко ограничивается область применения технически важных материалов.

или охлаждения повышает размерную нестабильность. При переходе от одного металла к другому или изменении структурного и фазового состояний эффективность режима термо-циклирования будет определяться также характером изменения физических и механических свойств: теплопроводности, пределов текучести и прочности, модуля сдвига и др. Темп формоизменения образцов обычно меняется с циклами. Одна из причин этого — структурные изменения.

ную и размерную нестабильность при теплосменах изучено, однако состояние теоретических исследований не позволяет предсказать количественно эффект формоизменения. Более или менее удачные попытки известны для тел простейшей формы при наличии достаточно полной информации о структуре и свойствах материала и изменении их на различных этапах термоцикла. При анализе термоциклирова-ния возникает много связанных друг с другом переменных, что значительно затрудняет построение общей и применимой для практики количественной теории формоизменения. Следует констатировать, к сожалению, что формоизменение под влиянием термического воздействия является пока вопросом инженерного искусства, а не науки. В связи с этим расширение круга исследований за счет использования новых объектов и методов будет способствовать лучшему пониманию природы сил, которые технологи и конструкторы пытаются контролировать.

' Прежде чем обратиться к анализу влияния конкретного фазового превращения на структурную и размерную нестабильность металлов и сплавов при термоциклиро-вании, рассмотрим некоторые общие вопросы фазовых переходов.

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ НА РАЗМЕРНУЮ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИИ

Металлы с окружающей средой взаимодействуют и в изотермических ^условиях. Различные случаи описаны в специальной литературе и здесь не рассматриваются. Ниже изложены некоторые примеры воздействия среды на формоизменение при термоциклировании. Это воздействие может вызывать размерную нестабильность металлов или накладываться на другие механизмы необратимого формоизменения. Иллюстрацией этого положения служит описанная выше роль окисления в развитии растворно-осадительного механизма роста графитизированных сплавов. Взаимодействие с окружающей средой часто является причиной нестабильности коэффициента роста во время испытания. С появлением на поверхности образцов слоя с иными физико-механическими свойствами изменяются условия теплопередачи, появляются внутренние напряжения, возникают термические деформации даже в отсутствии температурных градиентов и т. д.

Механизм влияния предварительной термообработки на размерную нестабильность композиции при термоцикли-ровании связан с несколькими факторами: уменьшением внутренних напряжений, устранением наклепа, рекристаллизацией нихрома, образованием диффузионных микропор и др. Действие первых факторов тривиально; отжиг повышает демпфирующую способность композиции. Эффект пор более сложен. Микропоры препятствуют миграции границ нихрома, которую инициируют малые пластические

РАЗМЕРНУЮ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕ-СКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИИ 150