Скопления дислокаций

Корочка (раскатанная, раскованная) — частичное отслоение металла, образовавшееся в результате раскатки или расковки завернувшихся корочек в виде скоплений неметаллических включений, дефектов, имевшихся на поверхности слитка или литой заготовки.

Исследования показали, что при испытании образцов на гиб с разгибом во всех случаях расслаивались те образцы, в которых имелись цепочки или места скоплений неметаллических включений с относительной протяженностью более 25 мм. Поэтому при ультразвуковом контроле листов, если в них будут обнаружены дефектные участки, превышающие указанный выше предел, то такие листы бракуют. Этот критерий отбраковки холоднокатаных листов высокопрочной стали толщиной 1—6 мм был определен на основании исследования зависимости показаний ультразвукового метода и данных металлографического анализа дефектных участков в течение длительного периода времени (около 4 лет).

Раскопанная или раскатанная корочка — частичное отслоение металла, образовавшееся в результате расковки или раскатки завернувшихся корочек в виде скоплений неметаллических включений, окисленных заливин и брызг, имевшихся на поверхности слитка или литой заготовки.

Подлежащий монтажу коленчатый вал не должен иметь тре-шин, плен, флокенов, газовых раковин, следов усадочной рыхлости, скоплений неметаллических включений и должен удовлетворять требованиям ГОСТ 704-52.

Отливка шабота не должна иметь никаких трещин, усадочных раковин, пузырей, рыхлости, скоплений неметаллических включений и других пороков. Вырубка пороков допускается на глубину не больше V2 припуска на обработку. Никакие наплавки или заварки на отливке не допускаются. Отливка должна быть чистой, освобожденной от земли, литников и прибыльной части. Отрезка прибыли и литников производится кислородным резаком.

Одним из требований к гильзам, блокам и реакторам является повышенная плотность структуры, исключающая негерметичность (гидротечь) при испытании на стенде и в условиях эксплуатации. Согласно данным заводов брак отливок по гидротечи часто достигает 15—28% общего брака. Металлографический анализ дефектных участков показал, что негерметичность отливок обусловлена наличием микротрещин, локальных скоплений неметаллических и графитовых включений и газовой пористостью поверхностного слоя отливки.

кварцевого стекла. Образование несплошностей объясняется наличием в подложке внутренних трещин или участков с повышенной концентрацией напряжений, возникших в результате теплового удара при контакте с жидким металлом. На рис. 94 показаны литые поверхности, полученные на чугунных подложках. На поверхности видны следы наждачной зачистки, включения зерен шлифовальной бумаги и трещиновидные несплошности в местах скоплений неметаллических включений.

При разливке нержавеющей стали могут образовываться и подкорковые пузыри, вызванные обильным водяным охлаждением изложниц и быстрой разливкой стали в изложницы, смазанные густой смазкой, т. е. нарушениями общепринятой технологии. В прокате нержавеющих сталей встречают расслоения в изломе. Как правило, они вызваны наличием грубых скоплений неметаллических включений. Причиной расслоений в листе может быть и повышенная двухфазность стали. Так, как показали исследования [204], при прокатке листа стали

Метод отливки крупных слитков в вакууме широко применяется для производства ответственных поковок, предназначенных для изготовления коленчатых и гребных валов судов, роторов крупных турбин электростанций, генераторов, прокатных валков, деталей атомного энергомашиностроения. Большое значение для таких ответственных и дорогостоящих поковок и изделий имеет отсутствие скоплений неметаллических включений, фло-кенов, пористости, приводящих к преждевременному их разрушению. Поскольку водород вызывает появление флокенов, водородной хрупкости и пористости, то обычно крупные поковки подвергают обезводороживающему

вдоль строчечных или иных скоплений неметаллических включений и интерметаллидов (рис. 63, г), чаще всего в тех участках, где они совпадают с границами зерен аустенита. Околошовные трещины чаще поражают литые, чем деформированные аустенитные стали и сплавы. -Крупнозернистые (крупнокристаллические) и

Волосовины (рис. 18.14)—нитевидные несплошности, расположенные вдоль направления деформации; образуются из скоплений неметаллических включений или из отдельных крупных полупластичных и пластичных включений, вытягивающихся вдоль направления деформации и образующих неглубокие дефекты различной протяженности. Длина волосовин зависит от степени обжатия и возрастает с увеличением ее.

Необходимым условием надежности толстолистовых судостроительных сталей является предотвращение слоистых («ламеяярных») разрушений в листах и сварных соединениях. При таком разрушении трещина распространяется параллельно плоскости листа вдоль скоплений неметаллических включений. Образуется плоский излом с уступами при переходе с одного уровня на другой.

Посторонние примеси имеют тенденцию собираться у линейных дислокаций и дырок по границам зерен. Роль этих сегрегации в процессе электрохимической коррозии металлов может быть различной: увеличение растворимости металла, облегчение образования питтингов в местах скопления дислокаций (субграницах), изменение характера коррозионного разрушения.

Дислокации (винтовые) в них мало подвижны даже при повышенных температурах. Поэтому уровень напряжений на стадии легкого скольжения повышенный. Вторая стадия практически отсутствует. Это объясняется свойством ОЦК металлов блокирования дислокациями одной системы скольжения всех остальных. Поликристаллы обычно имеют более высокий предел упругости и модуль упрочнения. В поликристаллах практически не бывает 1 стадии, так как у границ зерен образуются скопления дислокаций и большие деформации возникают только тогда, когда напряжения, создаваемые скоплениями будут релаксированы.

ное поперечное скольжение и перестройка дислокационной структуры, устанавливается параболическая зависимость а = f(s). Рассмотренные стадии деформирования отмечаются для монокристаллов с ГЦК решеткой. У поликристаллов с ГЦК решеткой из-за неоднородности полей напряжений поперечные скольжения идут с самого начала пластической деформации, то есть для них характерно параболическое упрочнение на всех стадиях деформирования. Зависимости cr = f(s) для ОЦК монокристаллов имеют следующие особенности. Дислокации (винтовые) в них мало подвижны даже при повышенных температурах. Поэтому уровень напряжений на стадии легкого скольжения повышенный. Вторая стадия практически отсутствует. Это объясняется свойством ОЦК металлов блокирования дислокациями одной системы скольжения всех остальных. Поликристаллы обычно имеют более высокий предел упругости и модуль упрочнения. В поликристаллах практически не бывает 1 стадии, так как у границ зерен образуются скопления дислокаций и большие деформации возникают только тогда, когда напряжения, создаваемые скоплениями, будут релаксиро-ваны при больших деформациях. Различие в кривых а = f(s) незначительно. Таким образом, анализ взаимодействия дислокационных структур на различных стадиях деформации позволяет установить зависимость деформационного упрочнения от степени пластической деформации.

Далее кратко рассмотрим основные механизмы образования микротрещин, которые можно подразделить на дислокационные, диффузионные и в результате межзерен-ного сдвига. Дислокационные механизмы могут быть разделены на три группы. К первой группе относятся модели (Зинера, Стро, Коттерелла, Гилмана и др.), связывающие инициированные микротрещины со скоплением дислокаций в плоскостях скольжения. Эти скопления возникают в результате остановки движущихся дислокаций в различных барьерах, которыми являются границы зерен с большими углами разориентировки, включения, поля напряжений. Вторая группа моделей предполагает образование микротрещин в результате скопления дислокаций в окрестностях пересечения систем элементарных актов пластической деформации путем скольжения и двойнико-вания (модель Коттерелла). В соответствии с концепциями моделей третьей группы микротрещины инициируются в результате взаимодействия дефектов кристаллической решетки при пластическом деформировании. Эта группа -барьерные механизмы, описывающие процесс развития трещин в результате объединения цепочек вакансий в движущихся дислокациях со ступенькой; пересечение малоугловых границ; аннигиляции дислокаций в близко расположенных плоскостях скольжения; возникновения поля растягивающих напряжений от двух дислокационных скоплений противоположного знака.

рен относительно друг друга. Межзеренные пустоты (трещины) образуются в области тройных стыков, по границам зерен в местах резкого изменения формы, стыков с системами скольжения и др. Другой важной проблемой разрушения является вопрос устойчивости микротрещины, т.е. их распространения. Согласно современным представлениям устойчивость микротрещины зависит от условий внешних воздействий, ее размера, силовых возмущений и структуры металла в области предразрушения. Если размер трещины меньше некоторой критической, то после разгрузки она может захлопываться. Имеется ряд экспериментальных исследований, результаты которых свидетельствуют о "залечивании" микродефектов по механизму диффузионного растворения, вязкого течения и путем заполнения объема веществом, перемещаемым при деформации. На процесс залечивания микродефектов оказывают влияние температура и гидростатическое давление. Последнее увеличивает критические размеры дефектов. С увеличением температуры повышаются коэффициенты диффузии. Существующие в металле микродефекты, не способные к самопроизвольному росту при определенных условиях, способны медленно развиваться. Такими условиями могут быть: приближение полосы скольжения к вершине исходной трещины, перемещение пакетов полос скольжения, слияние инициируемой трещины с исходной. Более сложные механизмы докритиче-ского подрастания трещин учитывают взаимодействие систем скольжения, источников дислокаций и полей напряжений скопления дислокаций.

Превращения при распаде твердого раствора протекают с образованием фаз, имеющих состав, отличный от исходной матричной фазы. Поэтому для гомогенного возникновения зародыша повой фазы критического размера необходимо наличие флуктуации энергии и концентрации. Чем больше степень переохлаждения, тем меньше критический размер зародыша и требуемые для его образования флуктуации энергии и концентрации. Чаще зародыши образуются в дефектных местах кристаллической решетки, на границах зерен, в местах скопления дислокаций, на включениях примесей и т. д. (гетерогенное зарождение). Это объясняется уменьшением работы образования критического зародыша (по сравнению с гомогенным зарождением) и его размеров.

Зародыши а-фазы образуются на поверхности в местах выхода границ зерен, блоков, скопления дислокаций и других дефектов строения, где более быстро достигается пересыщение у-фазы диффундирующим элементом, легче возникают флуктуации концентраций и энергии, необходимые для образования зародыша а-фазы критического размера и меньше работа его образования. Поскольиу пересыщение имеется только на поверхности, а-фаза образует сплошной слой. Пока существует только у-фаза, концентрация диффундирующего элемента плавно уменьшается от поверхности в глубь (рис. 143, б). Образование а-фазы приводит к скачкообразному повышению концентрации на величину, соответствующую ширине двухфазной области а + у.

б) остаточный водород — водород, адсорбированный на границах раздела или в зоне скопления дислокаций, уменьшает их подвижность. Диффузионно-подвижный и остаточный водород мо-

Здесь ае, — эффективное решение, определяющее прочность рассматриваемого мпкрообъема, csnd и ап! — локальные напряжения в нем, вызванные соответственно скоплением дислокаций и наличием трещипы, One — теоретическая прочность кристаллической решетки (или поверхности раздела) в микрообъеме (индекс ге указывает, что напряжения направлены нормально к плоскости скола). Как следует из моделей разрушений сколом Стро, Смита и др. [55, 198], обусловленная скоплением дислокаций концентрация напряжений пропорциональна мощности скопления дислокаций в конце полосы скольжения п±:

Если же принять, что мощность скопления дислокаций пропорциональна их плотности р, которая в первом приближении пропорциональна интенсивности пластических деформаций сдвига ер,

Следует отметить, что в процессе такого макроскопического разупрочнения образца (снижения амплитуды напряжения с ростом числа циклов, рис. 9) элементарные объемы металла упрочняются - в них повышается плотность дислокаций. Своеобразный характер изменения механических свойств железа (макроскопическое разупрочнение, сопровождаемое локальным упрочнением) в процессе циклического деформирования на этой стадии вызван распространением локальных усталостных зон макроскопической деформации с подвижными дислокациями. Преобладающим типом структуры образцов из железа на стадии циклической текучести являются чаще всего вытянутые вдоль одного из направлений плоские скопления дислокаций. С увеличением числа циклов или увеличением амплитуды нагружения сплетения дислокаций увеличиваются в размере и становятся еще плотнее. Отдельные сплетения смыкаются, образуя подобие ячеистой структуры.