Сдвиговых процессов

Вследствие смещения одной части атомных рядов кристалла по отношению к другой под влиянием сдвиговых напряжений т в кристалле у вершины смещения образуется винтовая дислокация (рис. 12.36).

Выравнивание деформации по всему поликристаллическому агрегату достигается за счет известного условия [108] множественного скольжения (условие Мизеса), а различие по напряжениям на границах может быть ликвидировано путем эмиссии некоторой дополнительной плотности дислокаций, вызывающих повышение сдвиговых напряжений до требуемого уровня. Чтобы при этом не возникало дополнительное различие в деформациях отдельных зерен, такая плотность дислокаций должна набираться из так называемых геометрически необходимых дислокаций, понятие о которых впервые было введено Эмби [109]. Плотность геометрически необходимых дислокаций ргн должна быть структурно чувствительной величиной, реагирующей на частоту изменения ориентировок зерен, т. е. быть пропорциональной отношению 1JD (число зерен на единицу длины),

пластичное разрушение перемычек между трещинами с образованием гребней (рис. 5.2). Поскольку эти перемычки разрушаются под действием сдвиговых напряжений, иногда удается наблюдать разрушение их путем слияния пор (рис. 5.1, е).

Существенным моментом модели Броека является то, что разрушение слиянием пор требует как высоких напряжений, так и больших деформаций. Для зарождения пор и их роста одного наличия дислокационных петель вокруг частиц недостаточно. Необходимы достаточно высокие сдвиговые напряжения, которые будут способны вытолкнуть эти дислокационные петли на границу частица — матрица. Высокие значения сдвиговых напряжений могут быть получены с помощью дислокаций. Следо-

источника по плоскости скольжения 5, под действием сдвигового напряжения т тормозятся границей зерна и образуют у препятствия скопление. У вершины скопления создается концентрация сдвиговых напряжений, в результате чего может образоваться клин с основанием D = nb (п — число дислокаций; b — вектор Бюргерса), который создаст растягивающие напряжения ст на плоскости скола А А'. Когда это напряжение превзойдет силы межатомной связи, возникнет меж-зеренная трещина. В принципе межзеренная трещина может возникнуть и при выходе двойниковой прослойки на границу зерна (рис. 5.11, б).

Поры образуются в основном возле частиц как в результате разрушения самих частиц, так и вследствие разрушения межфазных границ. В материалах с непрочной межфазной связью границы разрушаются еще во время упругой деформации, а в таких сплавах, как ВТАН-54, они образуются во время пластической деформации под действием сдвиговых напряжений по механизму Броека (см. § 5.1.3).

Доля периода зарождения трещины уменьшается по мере возрастания угла сдвига фаз, что может быть объяснено возрастанием роли сдвиговых напряжений. Сдвиг фаз приводит к существенному стеснению пластической деформации. Реализуется плоская деформация, что способствует облегченному скольжению по плоскости зарождающейся трещины. Наиболее заметное влияние на относительную живучесть оказывает нагружение в противофазе (180°). Доля периода роста трещины максимальна, и с возрастанием соотношения А,„ она достигает 90 %, что соответствует быстрому зарождению трещины. Заметное влияние сдвига

нагружения. При МЦУ трещины возникают под действием сдвиговых напряжений аналогично тому, как это происходит в области МНЦУ, но зона зарождения разрушения не локализована, и наблюдается множественное растрескивание материала в направлении, перпендикулярном (или близком к перпендикулярному) к пакету а-плас-тин [73]. Поэтому в очаге наблюдается несколько фасеток раскалывания материала по пакету ос^-пластин. Растрескивание по поверхности может произойти уже при наработках в 20 % от общей долговечности, и его плотность с увеличением наработки возрастает [88]. Это обусловлено нелокализованным накоплением повреждений в материале при его перенапряжении, но после наработки в 60 % от долговечности увеличение плотности растрескиваний прекращается и идет интенсивное нарастание магистральной трещины во внутренних объемах материала. Сокращению периода до зарождения трещин способствует увеличение размеров зерен, что повышает неоднородность пластической деформации в локальных объемах металла и ускоряет образование магистральной трещины. При МЦУ усталостные бороздки величиной от 1 до 2-Ю"7 м/цикл формируются уже в очаге разрушения. С увеличением уровня напряжений шаг начальных бороздок может существенно возрастать.

Два наиболее распространенных типа образца •— для трехточечного и четырехточечного нагружения — схематически изображены на рис. 16. в и б. Трехточечное нагружение реализуется проще, однако существенным недостатком его является наличие межслойных сдвиговых напряжений * вдоль оси образца (теоре-

Пайп [27 ] провел методом конечных разностей сложный трехмерный анализ напряженного состояния четырехслойного композита с ориентацией [0/90 ]s и [90/0 ]s и шестислойного с ориентацией слоев общего вида [0/±9]s- Исследовались нормальные и сдвиговые межслойные напряжения при осевом растяжении. Пайп отметил, что межслойные напряжения у кромок нагруженного в осевом направлении слоистого композита конечной ширины возникают из-за необходимости удовлетворения условиям равновесия в анизотропной слоистой среде. Можно выделить две причины появления межслойных напряжений: 1) взаимодействие сдвигов в ориентированных под различными углами к оси слоях вызывает появление сдвиговых напряжений т:ху в плоскости и межслойных тА.г; 2) взаимодействие двух ортогонально армированных слоев вызывает появление поперечных нормальных напряжений ву и межслойных напряжений iyz и о"г. Первый тип меж-

Пайп [27] уделил основное внимание исследованию напряжений первого типа в композитах с ориентацией слоев [0/±9]s. При 0 = 45° им рассмотрены два типа укладки: I — [0/±45]g и II - [45/0/-45]3.Нарис. 20 показаны зависимости межслойных сдвиговых напряжений от у/Ъ для укладок обоих типов. Существенные отрицательные сдвиговые напряжения наблюдаются в обоих случаях, положительные — только при одной из укладок. Распределения межслойных нормальных напряжений в зависимости от у/ b для рассмотренных типов укладок приведены на рис 21. Как видно, укладка / приводит к появлению у кромки больших сжимающих нормальных межслойных напряжений, а укладка II — к большим растягивающим

Как указывалось в работе .одного из авторов [3], в процессе высокотемпературного наклепа (с умеренными обжатиями) дислокации, располагающиеся у границ зерна, принимают более активное участие в развитии сдвиговых процессов, нежели дислокации, располагающиеся в центральной части зерна. Вследствие этого пластическая деформация локализуется по границам и прилегающим к ним областям. В результате пластической деформации и последующего интенсивного охлаждения в металле остаются дислокации с более высоким критиче-

Приведенные данные показывают, что представление о порядке включения различных областей металла в пластическую деформацию требует уточнения. В частности, до сих пор считалось,- что в начальной стадии в пластическую деформацию вступают области, имеющие низкий предел текучести или наиболее благоприятно кристаллографически ориентированные для прохождения сдвиговых процессов. Затем в результате неоднородной деформации и локального упрочнения очаги пластической деформации перебрасываются на новые микрорайоны, обеспечивая переменную локализацию процесса и наиболее интенсивное развитие его то в одной, то в другой части деформированного объема. Результаты иссле-

Влияние сдвиговых процессов на формирование поверхности разрушения в условиях нормального раскрытия берегов трещины подразумевает введение представления об эквивалентном коэффициенте интенсивности напряжения в соответствии с соотношением (4.33). В нем величина {Ке\ представляет собой эквивалентный коэффициент интенсивности напряжения, который учитывает наличие, как минимум, двух процессов сдвига и отрыва при формировании мезотуннеля. Его величина равна (Ki)i в том случае, если реализуется только механизм отрыва при подрастании трещины. О реализации нормального раскрытия берегов

3) изменение места разрушения в связи с различной долей влияния на усталостный процесс фреттинг-коррозии и сдвиговых процессов при трении;

К «квазиравновесной» области примыкает участок существенно наклепанного металла. Путем химического травления в структуре этой области выявляются следы интенсивных сдвиговых процессов,

Характер сдвиговых процессов в материале плакирующего слоя показан на рис. 134, г—е, который иллюстрирует неравномерность «раскрытия» полос скольжения, имеющих вид прерывистых линий. В участках максимальной деформации и в зонах сосредоточения различных дефектов и несовершенств происходит наиболее интенсивное разрыхление поверхности материала, сопровождающееся появлением и накоплением необратимых структурных изменений и очагов разрушения, вызывающих возникновение микротрещин. Кроме того, накопление повреждений при усталости происходит и во внутренних микрообъемах биметалла.

Микрорельеф, показанный на рис. 131, в, отражает структурные изменения, происходящие в рассматриваемом биметалле в интервале температур 700—900° С. Эти изменения заключаются в усилении процессов межзе-ренного смещения, в результате которого образуются специфические складки в зернах стали СтЗ, в них выявляются субструктура и признаки рекристаллизации под напряжением. Образование данного микрорельефа связано с возникновением и ростом межкристаллических трещин в стали СтЗ, а также с протеканием сдвиговых процессов в науглероженной прослойке плакирующего слоя и развитием в ней микронадрывов, обусловленных охрупчиванием рассматриваемого структурного участка при интенсификации процессов реакционной диффузии, сопровождающихся образованием дисперсных частиц.

Характерной особенностью сдвиговых процессов пластичных металлов при действии переменных напряжений является развитие грубых полос скольжения, наблюдаемых при металлографических исследованиях. Ширина отдельных полос скольжения в процессе усталости почти не изменяется. В случае статического

В связи с тем, что температура перегретого пара в современных энергоустановках превысила 510° С, хромомолибденованадиевые стали (12Х1МФ, 15Х1М1Ф), как более жаропрочные, полностью заменили в котельном производстве хромомолибденовые стали. Большая жаропрочность этих сталей объясняется тем, что V в них упрочняет твердый раствор, уменьшает скорость диффузионных процессов перераспределения элементов, главным образом Мо, и повышает устойчивость стали против отпуска. Кроме того, распределение термически устойчивых высокодисперсных карбидов ванадия по дефектам кристаллической решетки препятствует развитию сдвиговых процессов при пластической деформации. Наиболее удачно распределение карбидов ванадия по многочисленным дефектам мартенситных кристаллов и наименее — по

При увеличении прочности стали проявление адсорбционного эффекта усиливается (Лобойко В.И. и др. [35, с. 21—25]). Особенностью сдвиговых процессов при адсорбционной усталости железа является почти мгновенное вступление в действие значительно большего, чем при испытании в воздухе, числа плоскостей скольжения, а также увеличение их ширины и плотности. Адсорбционное снижение поверхностной энергии дает возможность развиваться тем дефектам кристаллической решетки, которые при деформации металла в воздухе не в состоянии преодолеть энергетический барьер.

связан с разрушением продуктов окисления вследствие деформации и появлением ювенильных поверхностей металла, а также с понижением его термодинамической устойчивости. Процессы окисления на ювенильных участках металла замедляют дальнейший сдвиг потенциала в отрицательную сторону. Незначительное понижение потенциала на // участке кривой соответствует началу сдвигообразований в структуре металла, ускоренных коррозионным и адсорбционным влиянием среды. Металлографический анализ образцов выявляет в поверхностных зернах следы субмикроскопических сдвиговых процессов, предшествующих возникновению микротрещин. Нами установлено [34], что при воздействии поверхностно-активной среды на циклически деформируемое армко-железо имеет место облегчение его пластической деформации, которое выражается увеличением количества зерен, вовлеченных в процесс пластического течения, и в том, что появление видимых линий скольжения возникает на более ранних стадиях. Особенностью сдвиговых процессов железа в присутствии 2 %-ного раствора олеиновой кислоты в масле, которую использовали в качестве поверхностно-активной среды, является почти мгновенный ввод в действие большого числа плоскостей скольжения, т.е. увеличение ширины и плотности линий скольжения по сравнению с испытаниями в воздухе.