Главная > Физика > Сопротивление материалов (Работнов Ю.Н.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 71. Деформация поликристаллических металлов и сплавов.

Реальные металлы состоят из большого количества кристаллических зерен, ориентировка которых случайна. Поэтому микроскопическое поведение металла изотропно, несмотря на анизотропию отдельных зерен. Применяемые в технике металлы обычно не являются чистыми, а представляют собою сплавы, кристаллы которых содержат атомы различных компонент.

Простейшим типом сплавов являются твердые растворы замещения.

Атомы различных компонент таких сплавов участвуют в создании кристаллической решетки на равных основаниях; они размещаются в узлах кристаллической решетки, причем в каждом узле может оказаться атом любой из компонент.

Твердые растворы замещения могут образовываться в произвольных пропорциях, если атомные радиусы, отличаются друг от друга не более чем на 15%. Соотношение атомных радиусов объясняет то, что некоторые металлы образуют твердые растворы замещения, а другие не образуют.

Твердые растворы внедрения получаются тогда, когда растворенные атомы проникают между атомами основной решетки. Для этого нужно, чтобы атомные радиусы растворенного элемента были достаточно малы. Примером раствора типа внедрения, служит система железо — углерод. При нормальной температуре растворимость углерода в железе ограничена, она увеличивается с повышением температуры. При охлаждении такого твердого раствора избыточный углерод образует химическое соединение так называемый цементит, отличающийся высокой прочностью. Поэтому в стали зерна железа, содержащего небольшое количество растворенного углерода, оказываются перемешанными с зернами цементита.

Хорошая растворимость углерода при высокой температуре и ограниченная растворимость при низкой связаны с тем, что при высокой температуре железо находится в виде кубической гранецентрированной -фазы, так называемого аустенита; при охлаждении аустениг превращается в объемноцентрированную -фазу, называемую ферритом. При быстром охлаждении (закалка) углерод не успевает выделиться из -фазы, и образуется промежуточная, термодинамически неустойчивая мартенситная структура. Мартенсит очень тверд и хрупок, поэтому после закалки производят отпуск, в результате чего мартенсит частично распадается на устойчивые фазы — феррит и цементит. Относительное содержание названных фаз определяет твердость и прочность термически обработанной стали. Назначая режим термической обработки, можно сообщать стали желаемые свойства.

Многие из сплавов, применяемых в технике, имеют подобного рода сложную, многофазную структуру. Повышение прочности сплава обычно бывает связано с усложнением его внутреннего строения, так как этим затрудняется возможность пластической деформации. В дисперсионно-твердеющих сплавах повышение прочности связано с тем, что упрочняющая фаза в виде субмикроскопических выделений вкрапливается в кристаллическую решетку основного металла и препятствует свободному движению дислокаций.

Кинематическая возможность пластической деформации поликристаллического металла определяется в первую очередь тем, что произвольная деформация единичного кристалла, как показал Тейлор, может быть получена как результат сдвигов в пяти системах скольжения. Действительно, деформация элемента объема определяется шестью величинами: удлинениями по трем взаимно перпендикулярным направлениям и сдвигами по этим направлениям, но вследствие того, что объем при пластической деформации не меняется, из шести величин независимы только пять.

Поэтому, если каждое зерно имеет не менее пяти систем скольжения (кубическая гранецентрированная и объемноцентрированная структуры), поликрнсталлический металл может деформироваться без нарушения сплошности. Однако различные зерна ориентированы различным образом по отношению к полю напряжений и поэтому начинают пластически деформироваться в разное время. Начало течения в отдельных, наиболее неблагоприятно ориентированных зернах соответствует пределу упругости. По мере увеличения нагрузки пластичность распространяется на большее количество зерен. Углеродистая сталь отличается от других материалов тем, что на диаграмме растяжения имеется площадка текучести; для деформации на площадке текучести характерна большая неоднородность степени деформирования на разных участках испытываемого образца, некоторые зерна или группы зерен получают большую деформацию, другие же остаются упругими. В металлах, обнаруживающих значительное упрочнение, зерна деформируются более равномерно.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление