Свободных дислокаций

Плавку в электронно-лучевых печах применяют для получения чистых и ультрачистых тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, циркония и др.), для выплавки специальных сплавов и- сталей. Источником теплоты в этих печах является энергия, выделяющаяся при торможении свободных электронов, пучок которых направлен

Схема установки для электронно-лучевой обработки (электронная пушка) показана на рис. 7.14. В вакуумной камере / установки вольфрамовый катод 11, питаемый от источника тока, обеспечивает эмиссию свободных электронов. Электроны формируются в пучок специальным электродом и под действием электрического поля, создаваемого высокой разностью потенциалов между катодом 11 и анодом 10, ускоряются в осевом направлении. Луч электронов проходит систему юстировки 9, диафрагму 8, корректор изображения 7 и систему магнитных линз 6, которые окончательно формируют поток электронов в луч малого диаметра и фокусируют его на поверхности заготовки 4, закрепленной в приспособлении 3 на столе 2. Луч по поверхности заготовки перемещается отклоняющей системой 5, которая может управляться системой ПУ.

Скорости анодного и катодного процессов, протекающих с участием свободных электронов, как и всех электрохимических процессов, в соответствии с законами электрохимической кинетики (см. с. 198), зависят от величины электродного потенциала металла.

Химический механизм в виде проходящей на одном и том же участке поверхности в одну стадию и независящей от потенциала металла химической реакции без участия свободных электронов, когда металл, отдавая окислителю валентные электроны, вступает с ним в химическое соединение или образует ионы, может иметь место и в электролитах:

Электрохимический механизм в виде протекающей с участием свободных электронов электрохимической реакции, при которой ионизация атомов металла [см. уравнение (271)] и восстановление окислительного компонента коррозионной среды [см. уравнение (326) ] проходят не в одном акте и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла, имеет место в подавляющем большинстве случаев коррозии металлов в электролитах и является, таким образом преобладающим.

Таким образом, общие 'Свойства металлов связаны с наличием у них свободных электронов. Чем значительнее концентрация последних, тем отчетливее выражены особенности металлического состояния.

Одной из основных особенностей в строении неметаллических материалов является преобладание ионной либо ковалентной связи между частицами. Отсутствие свободных электронов в виде электронного газа, как это имеет место у металлов, в значительной степени определяет отличие их физических, химических и механи- . чеоких свойств от свойств металлов. .

Химическая связь в керамиках является ионной или смешанной -ионно-ковалентной. Отсутствие свободных электронов служит причиной того, что керамики плохо проводят электричество и тепло. Поэтому одна из важных областей их практического применения - изготовление тепло- и электроизоляторов. Высокая прочность химических связей обусловливает высокие температуры плавления невысокую химическую устойчивость керамик. В связи с указанными свойствами керамические материалы широко используются для футеровок печей 0 высокотемпературных реакторов. В табл. 4 для сравнения приводятся температуры плавления некоторых керамик и тугоплавких металлов.

прямым следствием торможения свободных электронов на пластине, откуда и происходит название тормозное из луч е-н и е.

Указанные свойства характерны для металлического состояния вещества, главным в котором является наличие свободных электронов.

Распределение электронов проводимости в твердом теле подчиняется статистике Ферми — Дирака (рис. 2.1). С повышением температуры тепловую энергию воспринимают только внешние валентные электроны, переходящие на еще более высокие энергетические уровни, которые у металлов обычно свободны. Уровень или граница Ферми Wf определяется концентрацией электронов, т. е. зависит от расстояния между атомами и валентности металла. При числе п свободных электронов

Однако это не означает, что конкретная температура деформирования аустенита не играет какой-либо роли в упрочнении стали при ТМО. Действительно, деформированием аустенита при разных температурах можно получить структурное состояние с одинаковым а , но для этого при более высокой температуре необходима большая степень деформации аустенита. Это связано с тем, что интенсивность упрочнения металла вызывается не только изменением дислокационной структуры, как таковой (повышением плотности дислокаций и образованием препятствий для движения свободных дислокаций), но и изме-

Коттрелловский механизм [4, 52, 53] называют еще теорией верхнего предела текучести, поскольку он появился фактически как объяснение часто наблюдаемого в ОЦК-металлах зуба текучести. Данный механизм предполагает закрепление дислокаций примесными-атмосферами (атмосферы Коттрелла), которые препятствуют движению дислокаций, пока при нагружении материалов не будет достигнуто некоторое критическое значение, напряжения (верхний предел текучести), необходимое для разблокирования дислокаций. Поскольку это критическое напряжение, как правило, значительно превышает напряжение, необходимое для движения свободных дислокаций при данных условиях нагружения, то из-за резкой зависимости скорости дислокаций от напряжения перегрузка вызывает лавинообразный процесс их размножения, что, в свою очередь, приводит к спаду нагрузки после верхнего предела текучести. Позже Эшельби показал [8], что разблокирование дислокаций из атмосфер практически невозможно, так как для этого требуются напряжения, близкие к теоретической прочности. Поэтому в дальнейших изложениях теории Коттрелла стали заменять разблокирование генерацией свежих дислокаций в окрестности концентраторов напряжений (включения второй фазы, дисперсные частицы, стыки трех зерен, ступеньки на границах зерен и т. д.), что действительно нашло экспериментальное подтверждение [54—56].

во втором слагаемом которого р означает плотность свободных дислокаций, т. е. не связанных в границах ячеек.

4339]. Первая из них, или начальная, связана [68, 356] с задержкой «ачала пластической деформации в ОЦК-металлах и локальным ее протеканием, что обусловлено недостаточным количеством свободных дислокаций и низкой скоростью их размножения при малых напряжениях. В результате на кривой нагружения часто наблюдаются «зуб» •и площадка текучести или только площадка текучести.

Наиболее перспективным направлением в области упрочнения взаимодействием дислокаций следует считать развитие идеи создания дислокационной субструктуры либо по механизму полигонизации, либо по механизму ячеистой фрагментации [1—7]. В этом случае затрудняются длинные перемещения дислокаций и возрастает напряжение течения. Короткие перемещения свободных дислокаций внутри ячеек, полигонов обеспечивают снижение вероятности появления субмикротрещин и, следовательно, уменьшают концентрацию внутренних напряжений, повышая вязкость разрушения.

Изменение свойств материала, длительно работающего при высокой температуре, является следствием диффузионных, дислокационных процессов [25]. Сопоставление кинетики изменения механических свойств с тонкой структурой на разных стадиях ползучести для сплавов на никельхромовой основе — ЖС6КХГ, ЖС6У и ВЖЛ12У позволило выделить три стадии процесса повреждаемости. За время испытания, равное примерно 30% долговечности, предел кратковременной прочности, определенной при температуре длительного испытания, практически не изменяется, с увеличением времени длительного испытания до 30— 50% достаточно резко понижается предел прочности, через 50— 70% времени дальнейшее его понижение существенно затормаживается. Сохранение прочности на уровне исходного значения означает наличие в тонкой структуре когерентной связи частиц упрочняющей фазы с матрицей, вследствие чего пластическая деформация, происходящая путем перерезания дислокациями этих частиц, приводит к образованию сложных сверхструктур- ' ных дефектов упаковки вычитания (внедрения). С потерей когерентной связи процесс разупрочнения интенсифицируется,, в структуре наблюдается сращивание частиц /-фазы, наличие, большого количества свободных дислокаций. Затухание кривой разупрочнения с увеличением времени испытания в известной 6* 83

Основные факторы, влияющие на превращение аустенита на различных этапах охлаждения (в различных областях): состав, гомогенность по составу; структура границ зерен; субструктура; распределение дислокаций в объеме, не связанных в субструктуру; плотность свободных дислокаций; напряженное состояние.

Основные факторы, влияющие на превращение аустенита на различных этапах охлаждения (в различных областях): состав, гомогенность по составу; структура границ зерен; субструктура; распределение дислокаций в объеме, не связанных в субструктуру; плотность свободных дислокаций; напряженное состояние.

Структурообразование в аустените никелида титана при горячей дефор-ции удобно проследить на сплаве Ti—Ni—Fe с точкой MS ниже 7"ком . При низкой температуре деформации (7^еф = 500 °С) в аустените фор-руется смешанная субструктура горячего наклепа и динамической по-гонизации, с высокой плотностью свободных дислокаций (~ 1010 см~2). и деформации в интервале 600... 1000 °С образуется динамически по-гонизованная субструкгура. На рис. 5.20 видны субзерна, окаймленные ^границами. Размер субзерен с ростом температуры деформации уве-чивается, а плотность дислокаций в них уменьшается. Динамически лигонизованная субструктура весьма устойчива — только последефор-ционная выдержка 1 мин при 1000°С приводит к статической рекри-шлизации аустенита.

Для штампованных деталей и изделий, которые должны иметь повышенную прочность (например, диски колес), применяют двухфазные стали 12ХМ, 18ХГ2ФТЮДР с ферритно-мартенситной структурой, состоящей из мягкого феррита и прочного мартенсита (20 - 30 %). Получают такую структуру закалкой из межкритического интервала (А\ — А%) после горячей прокатки. В феррите много свободных дислокаций (из-за фазового наклепа при образовании мартенсита), что обеспечивает относительно невысокий предел текучести. Стали достаточно легко штампуются, но при этом сильно упрочняются (после штамповки стт = 450 ... 600 МПа).