книги / Структура и прочность конструкционных материалов

чение 10 с при 1000°С оказалось достаточным, чтобы успела завершиться собирательная рекристаллизация, вы­ звавшая значительное укрупнение структуры исследованно­ го образца. Дополнительная энергия, сообщаемая образцу за счет воздействия знакопеременной нагрузки и выража­ ющаяся частично в разрыхлении его приграничных участков, расходуется на перемещение границ зерен. Деформация приграничных зон сопровождается интенсивным генерирова­ нием и перемещением дислокаций, а также образованием в зернах и по их границам избыточных вакансий. Послед­ ние, в свою очередь, облегчают протекание диффузионных процессов при перемещении границы.

На рис. 2.57,а,б представлены микрофотографии, ил­ люстрирующие развитие собирательной рекристаллизации, происходящей в кремнистом железе под действием цикли­ ческой нагрузки и высокотемпературного нагрева в ваку­ уме. Снимки выполнены с поверхности образца, подверг­ нутого всего лишь 500 циклам знакопеременной нагрузки при 1000°С. Как видно на микрофотографиях, показанных на рис. 2.57, границы зерен перемещаются "скачкообраз­ но". В начальный момент, когда строение материала обг разца при данных условиях нагружения является энерге­ тически структурно нестабильным и граница обладает повышенным запасом свободной энергии, она передвига­ ется путем осуществления очень малых скачков, состав­ ляющих около З'мкм. По мере уменьшения запаса энергии (при удалении границы от первоначального положения) расстояние между отдельными положениями передвигающей­ ся границы увеличивается.

При своем перемещении граница задерживается в от­ дельных положениях; во время "экспозиции" происходит накопление энергии, подводимой за счет циклического нагружения образца и его нагрева. После достижения определенного критического значения, достаточного для перемещения границы в новое положение, происходит "ска­ чок" в новое положение, отличающееся меньшим запасом свободной энергии. Продолжение испытания сопровождает­ ся накоплением энергии и последующим "перескоком" гра­ ницы.

На микрофотографиях, приведенных На рис. 2.57, сня­ тых с поверхности образца кремнистого железа, испытан­ ного на усталость при 1000°С, о = ±60 МПа и N = 500 цик­ лов, следует обратить внимание на характерную особен­ ность миграции границ, сказывающуюся в том, что их взаимное перемещение сопровождается образованием новой общей границы. Поскольку в деформированных границах об­ разуются дислокации, движущиеся Вдоль них под действием знакопеременной нагрузки, в месте встречи двух границ

дислокации выстраиваются в виде стенок, образуя поли­ гональную границу. Продолжение нагружения сопровождает­ ся непрерывным притоком дислокаций к образовавшейся стенке. Кроме того, по перемещающимся границам происхо­ дит также сток других дефектов (типа вакансий, внедрен­ ных атомов, примесей и др.) к полигональной границе, увеличивая при этом ее ширину. В конечном счете граница соединяет два соседних зерна, обладающих большим углом разориёнтации. Аналогичную картину можно наблюдать на рис. 2.57,а при перемещении границ других зерен. В тех случаях, когда зоны встречи границ в одном зерне лежат на одной прямой с участками встречи в другом, гра­ ница имеет, как правило, вид прямой линии. В случае несовпадения точек встречи мигрирующих границ полиго­ нальная стенка приобретает вид изогнутой кривой. Однако дальнейшее развитие границы происходит таким образом, что вследствие ее энергетической неустойчивости она вы­ прямляется путем согласованного перемещения всей стенки дислокаций. В результате на отдельных участках границы зерна не совпадают с местами встречи перемещающихся границ. Такой характер рельефа можно отчетливо наблю­ дать на рис. 2.57,а.

Часть дислокаций, которая под действием циклической нагрузки и нагрева не смогла или не успела переместиться к границе, образуе'. новые полигональные границы (разви­ тие "вторичной полигонизации") и благоприятствует воз­ никновению субструктуры в данном зерне. Примеры таких субграниц показаны на рис. 2.57,6.

При этом следует обратить внимание на то, что зона расположения старой, ранее существовавшей границы не является, по-видимому, серьезным препятствием для пе­ рехода через нее субграницы.

На рис. 2.58,а,б помещены микрофотографии поверх­ ности образца технического железа, прошедшего испытание при 1000°С. На снимке (рис. 2.58,а) достаточно четко видно, как оставшиеся дислокации, выстроившиеся в поли­ гональные стенки, способствуют возникновению Y-образных зон сопряжения, которые в результате коалесценции при­ водят к появлению общей субграницы. Происходящую "до­ стройку" оставшихся дислокаций в стенки, в отличие от образования границ с большим углом разсриентировки между соседними зернами (названного нами "первичной полигонизацией"), мы именуем- "вторичной полигонизацией".

Вследствие протекания процессов первичной и вторич­ ной полигонизации структура на поверхности образца со­ держит два типа границ (рис. 2.58,б): широких, пред-

При упругопластическом деформировании поликристаллических материалов вследствие структурной неоднород­ ности, обусловленной различной ориентацией отдельных зерен и технологической обработкой, возникает неодно­ родность деформации поликристалла [32,33]. Практически независимо от вида нагружения для одного и того же ма­ териала характер неоднородности при статическом и дли­ тельном статическом нагружениях сохраняется. [32,33]. Внутризеренная неоднородность порождает неравномерность макродеформации на отдельных малых участках растягивае­ мого образца (рис. 2.59).

Как видно из рис. 2.59,а, при упругопластическом деформировании в отдельных зонах рабочей базы при сред­ ней деформации на базе 2,02% наблюдаются деформации от 1,2 до 3,2%. С увеличением общей деформации местные продолжали расти и при средней деформации 4,23% достига­ ли величины 6%, а при 7,38% - от 5 до 9,5%. Причем уве­ личение средней деформации сопровождается ростом мест­ ной, как правило, в одних и тех же участках. После сня­ тия нагрузки на отдельных участках исходного деформиро­ вания последующее нагружение в ту же сторону (растяже­ ние) сопровождается преимущественным деформированием тех же зон (пунктирные кривые на рис. 2.59,а получены при предположении, что исходным является нагружение после разгрузки) . Однако интенсивность развития дефор­ маций в этих зонах не одинакова и при этом происходит некоторое выравнивание общих деформаций по всей базе. После разгрузок в процессе дальнейшего нагружения, в том числе и при смене знака нагрузки, средняя деформа­ ция по базе поддерживается сравнительно равномерной.

При смене знака нагрузки максимальные местные цикличе­ ские деформации сжатия наблюдаются в тех же участках, где они были наибольшими при растяжении. С увеличением количества циклов нагружения происходит некоторое пере­ распределение деформаций в отдельных участках базы образца. Однако зоны с повышенным уровнем деформации, определяемые на базах 0,5 мм, остаются.

Аналогичным образом развиваются и односторонне на­ капливаются деформации: с увеличением количества циклов нагружения продолжают сохраняться участки с повьшенным уровнем деформации, накопленной в сторону растяжения (рис. 2.59,б).

Неоднородность циклической пластической и односто­ ронне накопленной деформаций в цикле может быть охарак­ теризована коэффициентами макронеоднородности цикличе-