Зависимости микротвердости

Рис. 2.8. Зависимости механических характеристик от параметра n

коррозионной стойкости в ряде агрессивных сред. Медь и медные сплавы особенно широко применяются в установках глубокого холода для получения сжиженных газов (при низких температурах механическая прочность этих сплавов повышается). В табл. 23 приведены данные зависимости механических свойств меди от температуры.

Таблица 3.3- Модельные уравнения зависимости механических свойств исследуемых сталей от степени деформационного упрочнения

Наши исследования композиционных материалов на основе аморфно-кристаллического политетрафторэтилена (ПТФЭ) показали, что при переходе через температуру стеклования (-120°С) характер зависимости механических и триботехнических свойств (предела прочности и интенсивности изнашивания) от температуры не изменяется (рис. 4.9). С повышением температуры предел прочности снижается, а интенсивность изнашивания возрастает, т.е. при снижении прочности износостойкость также снижается [13].

Теоретические зависимости механических параметров машин иногда существенно отличаются от действительных, протекающих в условиях выполнения производственного процесса, например вследствие вибраций и крутильных колебаний.

Создание предварительного натяжения арматуры при изготовлении композиционных материалов слоистой структуры способствует некоторому увеличению модулей упругости и прочности в направлениях натяжения. Изменение указанных характеристик, как показано в работах [5, 25], происходит за счет исключения случайных искривлений арматуры в однонаправленных материалах или за счет уменьшения степени искривления у слоистых, изготовленных на основе тканей. Установленные зависимости механических характеристик этих материалов от степени натяжения арматуры, естественно, не идентичны за-

На кривых температурной зависимости механических свойств (рис. 4.12) наблюдается характерное для большинства металлов соот-

На рис. 5.13 схематически представлены температурные зависимости механических свойств (предела текучести сгт, разрушающего напряжения Sk, пластических характеристик \Р и б) однофазных материалов при одноосном растяжении. На этой схеме выделены температурные области: хрупкого разрушения при температурах ниже Т%, пластичного разрушения при температурах выше Г» и. хрупко-пластичного перехода Г»—Т%.

Изучению температурной зависимости пластических и прочностных свойств алюминия различной чистоты посвящено большое количество работ. Однако их результаты достаточно противоречивы. Так, в [1] сообщается о монотонном росте относительных сужения и удлинения алюминия при повышении температуры, указывается на наличие провала пластичности при 0° С; в [2] обнаружены устойчивые зоны хрупкости при 100—200° С. Кроме того, большинство исследований температурной зависимости механических свойств алюминия проводилось без изучения изменения структуры в процессе деформации, особенно для алюминия особой чистоты А 999.

Изучение микроструктурных изменений, протекающих в сплавах в условиях нагружения, максимально приближенных к эксплуатационным, весьма необходимо для осуществления уточненной оценки температурно-временной зависимости механических свойств материалов, что должно приниматься во внимание при нормировании прочности конструкций.

Рис. 5. Температурные зависимости механических свойств алюминиевого сплава 2219-Т81 при одноосном (/), двухосном 2 : 1 (2) и 1 : 1 (3) растяжении (графики построены по средним данным для продольного направления)

слоев увеличиваются по сравнению с нижележащими слоями. На рис. 2.3 показаны зависимости микротвердости О и пластической деформации е поверхностных слоев детали из сплава ХН51ВМТКЖФР, обработанной точением, от глубины внедрения индентора.

На рис. 22 показаны зависимости микротвердости карбида бора и сапфира от температуры. Приведенные резуль-

Явление изменения микротвердости металлов в зависимости от температуры было использовано для приблизительной оценки температуры, до которой прогревалась-контактирующая поверхность образца при ударе. Были изготовлены рабочие образцы и образцы-эталоны из стали 45. Рабочие образцы подвергали термообработке— закалке с низким отпуском. Таким образом, исходная структура была мартенситной с -микротвердостью* 5850 МПа. Образцы-эталоны после закалки подвергали-; последовательному отпуску при температуре 300, 400^ 500, 600°С и одновременно фиксировали изменения» структуры и микротвердости. По результатам многократных измерений микротвердости образцов-эталонов бьш построен график зависимости микротвердости от температуры.-Ввиду разброса в показаниях прибора, характерного для измерения микротвердости: на различных: микроплощадках одной поверхности, график принял вид, зоны разброса, хотя при термообработке была обеспечена равномерность прогрева образца: Для пользования? графиком была проведена средняя линия.

3. Анализ температурной зависимости микротвердости некоторых полупроводниковых материалов 251

Использование установки ИМАШ-9-66 открывает принципиально новые возможности для изучения влияния таких факторов, как температура, время и скорость растяжения, на процессы упрочнения и разупрочнения металлов и сплавов в различном структурном состоянии (после тех или иных режимов термической или термомеханической обработок). Измерение микротвердости может служить также одним из чувствительных методов изучения механизма деформации, закономерностей фазовых и структурных превращений широкого класса материалов. Например, в работах [66; 67], выполненных на установке ИМАШ-9-66, показано, что метод измерения микротвердости позволяет на основании анализа температурной зависимости микротвердости устанавливать температурные интервалы для полупроводниковых материалов с различными механизмами деформации, а также определять природу этих механизмов и изучать влияние на них легирования и других факторов. С помощью полученных температурных зависимостей микротвердости проведено исследование кинетики процессов старения и разупрочнения ряда сталей и сплавов [48, с. 25—32; 85—95; 68; 69], влияния фазового наклепа на упрочнение аустенита [50, с. 27—31 ], роли неметаллических включений в процессе высокотемпературного разрушения стали [50, с. 110—114; 129—132] и др.

Исследования, проведенные на серийной установке ИМАШ-9-66, показали, что определение температурной зависимости микротвердости дает возможность получить весьма ценную информацию о поведении полупроводниковых материалов как в пластическом, так и в хрупком состояниях. Целесообразность проведения исследований по данной методике заключается в том, что, во-первых, при испытаниях на микротвердость в образце создается такое объемнонапряженное состояние, при котором невозможны раскрытие и распространение микротрещин; во-вторых, анализ температурной зависимости микротвердости позволяет установить механизм деформации в различных температурных интервалах, а также изучать влияние на этот механизм легирования и возможных структурных и фазовых изменений.

На рис. 158 показан типичный характер температурной зависимости микротвердости германия, легированного акцепторной и донорной примесями.

Как видно из полученных данных, для температурной зависимости микротвердости германия характерны три участка: низкотемпературный (Т < 0,4 Тпл), где зависимость линейна, и два высокотемпературных экспоненциальных с температурными интервалами 0,4ТПЛ < Т < 0,55ТПЛ и Т > 0,5 Тпл.

В отличие от кристаллов с чисто ковалентным типом связей в кристаллах с заметным вкладом ионной составляющей в силах связи (GaAs, InSb, GaP) линейный участок температурной зависимости микротвердости смещен, по всей вероятности, в область температур, меньших, чем комнатная. Таким образом, для кристаллов GaAs, InSb, GaP температурная зависимость микротвердости в интервале от комнатной температуры до температур, близких к температуре плавления, описывается двумя экспоненциальными участками (рис. 159).

Анализ температурной зависимости микротвердости при Т > 0,47ГПЛ позволил установить, что высокотемпературная часть кривой для чистого германия и германия, легированного акцепторными примесями, состоит из двух участков (см. рис. 159), соответствующих, по-видимому, двум различным механизмам деформации. Исследование деформационного микрорельефа в области отпечатка после термического травления в вакууме выявило иглообразные микрополосы, а в отдельных случаях явные двойники деформации на низкотемпературной стадии. Это дает основания предположить, что в области температур Т < 0,55ГПЛ германий деформируется двойникованием. При Т > 0,55ТПЛ пластическая деформация осуществляется скольжением.

Рис. 159. Температурные зависимости микротвердости элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений