Релаксации внутренних

Исследовано влияние на дислокационную структуру напряженного металла энергетических параметров импульсов давления. Показано, что определяющими являются их энергия и количество, т. в. суммарная энергия. В этой связи ЭГО следует рассматривать в основном как активирующий фактор для процессов релаксации остаточных как микро-, ток и макроиапряжений.

Увеличение дозы облучения (кривые 3, 4) вызывает полное снятие сжимающих и появление растягивающих напряжений с максимумом на глубине 0,25 мкм. С уменьшением глубины слоя растягивающие напряжения уменьшаются, переходя в напряжения сжатия в самых тонких слоях. Приведенные результаты свидетельствуют о том, что ионная имплантация инициирует развитие процессов релаксации остаточных напряжений в тонком поверхностном слое, при этом на глубине 0,25 мкм появляются растягивающие напряжения. Однако при увеличении дозы облучения растягивающие напряжения исчезают, а сжимающие в слое до 1,5 мкм вновь возрастают, достигая примерно исходной величины. Релаксация напряжений связана с пластической деформацией, которая вызывается ионной имплантацией в приповерхностном слое титановых сплавов. Этот вывод согласуется с результатами электронно-микроскопических исследований дислокационных структур а-же-леза, формирующихся в приповерхностном слое при ионной имплантации и в пластически деформированных образцах, показывающих полное тождество таких структур [85]. При этом установлено также увеличение плотности дислокаций с увеличением дозы имплантируемых ионов, что может служить косвенным объяснением увеличения сжимающих напряжений, наблюдавшегося при исследовании имплантированных образцов титановых сплавов при максимальной дозе облучения.

Нанесение износостойких покрытий — наиболее распространенный и хорошо разработанный метод улучшения триботехнических свойств материалов. На его базе успешно реализованы различные технологические решения, позволяющие существенно улучшить качество поверхностного слоя и повысить прочность сцепления покрытия с подложкой. Конструирование многослойных покрытий является перспективным направлением поверхностной модификации, позволяющим плавно изменять свойство композиции по глубине и исключить отрицательное влияние хрупкого переходного слоя. Материал подслоя выбирают из соображений химической совместимости с основой, а также в целях исключения образующихся в граничной области хрупких интерметаллидных соединений. Идея создания многослойных покрытий реализована для повышения прочности поверхностных слоев, релаксации остаточных напряжений в модифицированных слоях, а также для увеличения вязкости и трещиностойкости.

В противоположность этим явлениям повреждение может проявляться в виде незначительных изменений свойств или состояния материала. Например, для многих металлических изделий может иметь место изменение со временем формы и размеров, что является следствием двух факторов — нестабильности фазового и структурного состояния материала и релаксации остаточных внутренних напряжений (214 1. В деталях из сплавов со стабильным фазовым составом изменение размеров связано лишь с релаксацией внутренних напряжений, возникающих в процессе их обработки. Для многих точных машин и приборов размерная нестабильность не должна превышать 10~6 — 1СГ7 мм/мм при их длительной эксплуатации.

При определенных условиях неразвивающиеся трещины могут вновь приобрести склонность к росту. Восстановление способности к росту неразвивающихся усталостных трещин может произойти в результате отжига для снятия наклепа и релаксации остаточных напряжений [18], длительного отдыха для сплавов, склонных к релаксации напряжений, повышения уровня приложенных напряжений.

Прямые измерения прочности связи между кристаллами сапфира и металлами, представляющими интерес в качестве материала матрицы, были выполнены Келоу с сотр. [7, 8]. Образцы были изготовлены из мелких дисков сапфира и порошкового никеля с содержанием кислорода 0,1—0,2% горячим прессованием при различных температурах, временах, давлениях и газовых средах. Наиболее прочной связью обладали образцы, полученные в вакууме. Связь между высокочистым порошковым никелем и сапфиром отсутствовала при всех исследованных условиях прессования. Во всех остальных случаях использована диффузионная сварка в вакууме. Полное спекание никелевого порошка происходит выше 1370 К- Данные параметрических исследований приведены на рис. 18 и 19. В тех случаях, когда электронографически была обнаружена шпинель NiAl2O4, отсутствовала связь между никелем и сапфиром. Этот факт явно противоречит ранним работам, в которых связь между Ni и АЬОз была исследована методом сидячей капли. В образцах с прочной связью не обнаружено продуктов реакции на поверхности раздела. Связь на поверхности раздела также отсутствовала, если при рентгеноструктурных исследованиях наблюдались рефлексы, только напоминавшие отражения от шпинели. Кривые зависимости сдвиговой прочности поверхности раздела от времени прессования были проанализированы с учетом влияния скорости реакции, разупрочнения сапфира, залечивания пористости и релаксации остаточных напряжений. Длительные выдержки при 1373 К мало влияют на прочность связи, однако характер разрушения изменяется от разрушения по поверхности раздела к разрушению по сапфиру из-за его разупрочнения. Измеренные в этой работе величины прочности связи на сдвиг пригодны для оценки упрочнения композитов усами по методу запаздывания сдвига. _____

Рассмотренный метод был применен в [15] к элементарной задаче расчета напряженного состояния моноволокна, заключенного в полимерную матрицу. На рис. 5.5 для гипотетической ситуации (температура, соответствующая отсутствию напряжений, равна 200 °С и Ге = 50°С — ниже, чем у типичных смол) показаны приведенные радиальные напряжения на поверхности раздела волокно — матрица, образовавшиеся в процессе охлаждения с постоянной скоростью (по абсциссе отложено безразмерное время). Сплошные линии для двух разных конечных температур 7> получены интегрированием уравнения (5.25). На этом же рисунке показаны напряжения, развивающиеся после охлаждения ниже Tg. Скачок напряжений в этом диапазоне температур получен при подстановке начального модуля смолы, находящейся в стеклообразном состоянии, в упругое решение. Когда TF < Tg, величина ат очень велика, поэтому до наступления заметной релаксации остаточных напряжений должно пройти много времени.

Различие в поведении указанных сварных соединений можно предположительно объяснить различиями в химическом составе швов: швы, выполненные электродами с рутиловым покрытием, содержат в 4—5 раз меньше кремния и имеют весьма мелкозернистую структуру. Пластичность ферритной составляющей материала этих швов выше, что должно благоприятствовать релаксации остаточных напряжений. В некоторой мере может проявляться легирующее действие титана, который был в незначительном количестве обнаружен только в швах, выполненных электродами с рутиловым покрытием. Действие отжига, в значительной степени снимающего остаточные напряжения и укрупняющего зерно (причем с ростом температуры увеличивался эффект), показывает преимущественную роль выравнивания структуры металла шва и зоны термического влияния.

Эффективность применения указанных технологических приемов для сглаживания электрохимической гетерогенности сварного соединения во многом зависит от способности основного металла и релаксации остаточных напряжений. В этом направлении представляются весьма перспективными малоуглеродистые стали мар-тенситного класса, обладающие высокой прочностью, пластичностью и ударной вязкостью, например, сталь 07ХЗГНМ (0,1% С; 3,0% Сг; 0,8—1,2% Ni; 0,3—0,35% Mo). Малоуглеродистый мартенсит этой стали имеет тонкую субмикроструктуру, состоящую из пакетов параллельных пластин с высокой плотностью дислокаций, обеспечивающей высокие прочностные характеристики (ав = 1150 МПа, а0]2 = 900 МПа). Однако низкое содержание углерода (от 0,05 до 0,1%) обусловливает сохранение подвижности значительной доли дислокаций, образующихся в процессе 7 -* «-превращения, и облегчает релаксацию напряжений путем микропластических деформаций. Релаксации напряжений способствует высокая температура начала мартенситного превращения (480 °С и выше). Сталь имеет низкую критическую скорость закалки. Она закаливается с прокатного нагрева, сохраняя при этом высокие технологические свойства (б = 20%, at20 = - 130 Дж/см2, а?° = 80 Дж/см2).

5 мВ. Для стали 12ХШФ эта величина была равна 45 мВ, стали СтЗ 43 мВ, стали 40Г 40 мВ, стали 17ГС 30 мВ. Измерения рентгено-структурным анализом остаточных микронапряжений в зонах сварного соединения подтвердили корреляцию между величиной электрохимической гетерогенности и способностью металла к релаксации остаточных напряжений.

Устойчивость остаточных макронапряжений при различных температурах определяется скоростью релаксации их. Чем больше скорость релаксации остаточных напряжений, тем меньше их устойчивость во времени.

В аналитических и экспериментальных исследованиях остаточных напряжений в волокнистых композитах используются два подхода — уже упомянутая выше модель коаксиальных цилиндров и модели регулярных типов расположения волокон. Первый подход основан на довольно простых математических соотношениях и поэтому применялся более широко [14, 27, 32]. Он был развит в работе [27] и позволил рассмотреть, наряду со свойствами, зависящими от температуры, влияние пластического течения в матрице, подверженной деформационному упрочнению. В этой и других работах пользуются не вполне определенным понятием «температура релаксации внутренних напряжений»; имеется в виду температура, ниже которой влияние ползучести ослабевает и могут возникать напряжения значительной величины. Хекер и др. ?27] устранили эту неточность, определив температуру релаксации внутренних напряжений путем сопоставления расчетных результатов с данными экспериментального определения остаточных напряжений в модельных композитах типа коаксиальных цилиндров.

3) способность к релаксации внутренних напряжений, вызываемых термической усадкой при отверждении.

Направление возможного медленного изменения размеров не полностью стабилизированной детали при хранении или в эксплуатации зависит от хода и соотношения интенсивностей разнородных процессов изменения структуры и релаксации внутренних напряжений, от массы и формы детали. В некоторых случаях при неполной стабилизации структуры направление изменения отдельных размеров с течением времени может измениться на обратное, как это наблюдается, например, у алюминиевых сплавов.

Модель радиационного роста поликристаллов а-урана с учетом межзеренного взаимодействия, которая, однако, не требует переориентировки кристаллов в процессе облучения, описана в работах [20, 43]. В этой модели радиационный рост поликристаллов рассматривается как результат релаксации внутренних напряжений, вызванных взаимодействием при радиационном росте кристаллов с преимущественной ориентировкой и остальной частью кристаллитов, каждый из которых, кроме того, взаимодействует друг с другом. Релаксация сопровождается пластической деформацией, которая приводит к изменению первоначальных размеров тела в направлении роста кристаллитов, обладающих преимущественной ориентировкой.

Термообработка обычно осуществляется при температурах, лежащих в интервале кристаллизации, т. е. между точкой плавления и температурой стеклования полимера. Нагрев кристаллических полимеров при этих температурах способствует снижению вязкости полимера, что ускоряет процессы релаксации внутренних напряжений в изделиях.

ду тонкой плавления и температурой стеклования полимера. Нагрев кристаллических полимеров при этих температурах способствует снижению вязкости полимера, что ускоряет процессы релаксации внутренних напряжений в изделиях.

Правке подвергаются: 1) материалы, поставляемые в виде прутков или бухт; 2) заготовки, полученные резкой сортового материала; 3) поковки; 4) отливки из стали и ковкого чугуна; 5) нежесткие заготовки для деталей машин после предварительных операций и термообработки в целях уменьшения припусков на последующую обработку; 6) готовые детали машин, обладающие незначительной жесткостью (тонкие и длинные валики, шатуны и рычаги, пластины). В результате холодной правки возможна деформация детали вследствие: а) нарушения равновесия внутренних напряжений при удалении поверхностных слоев на заключительных операциях механической обработки; б) релаксации внутренних напряжений в процессе эксплуатации машин. В связи с этим холодная

ных долей миллиметра), однако контрольной линейкой определить появившийся дефект совсем нетрудно. Но откуда же он взялся? Ученым и специалистам давно известно, что главной причиной нарушения первоначальной точности литых деталей является коробление, связанное с возникшими в них остаточными напряжениями в процессе остывания отливок. Эти напряжения приводят к упругим деформациям, переходящим в пластические деформации, которые в свою очередь, вызывают постепенное снижение указанных напряжений — иными словами, к релаксации внутренних напряжений. А следствием этого является деформирование детали и нарушение ее геометрической формы и размеров.

рует до значений, близких к свободной пленке. Это типично в первую очередь для соединений, сформированных при умеренном температурном режиме. Симбатный характер кривых релаксаций внутренних напряжений и термических сопротивлений показывает, что в процессе релаксации внутренних напряжений происходит переориентация структурных элементов относительно плоскости склеивания, в результате чего снижается термическое сопротивление клеевой прослойки. Степень переориентации структурных элементов определяется временем и условиями релаксации.

4. Фрейдин А. С., Шолохова А. Б. О способности к релаксации внутренних напряжений в полимерных системах.— «Механика полимеров», 496^, № 2.

Контроль деталей из пластмасс, изготовленных литьем под давлением или прессованием, должен производиться после выдержки, необходимой для релаксации внутренних напряжений материала и стабилизации размеров. Время выдержки деталей после изготовления до контроля, если оно не оговорено особо, должно быть не менее 16 ч.