Деформации кристалла

- деформации (коробление);

продумать последовательность сборочно-сварочных операций, оценить ожидаемые сварочные деформации (коробление) и точность размеров и конфигурации сварной заготовки после механической обработки. Все изменения, связанные с этими вопросами, должны быть согласованы с конструктором.

Особое место занимают механические напряжения термического характера, возникающие в барабанах котлов при авариях и неполадках, например при обвале защитной футеровки топки, когда обнажаются заклепочные швы нижнего барабана, упусках и перекачках воды, при разрывах кипятильных или экранных труб, когда котел остается без воды при горячей еще кладке, быстром заполнении холодного котла горячей водой или заполнении еще недостаточно остывших барабанов холодной водой. Такое же влияние на барабаны котлов (деформации, коробление) оказывает и местное охлаждение их в зимнее время из-за присоса холодного воздуха в топку при не заполненных топливом бункерах, расположения котлов у ворот котельной, не имеющих тамбура, и т. п.

3) высокая скорость охлаждения в области температур образования мартенсита; это является причиной возникновения больших структурных напряжений, вызывающих деформации, коробление и даже образование трещин при закалке.

Для ряда сварных изделий необходимо также учитывать коробление в процессе механической обработки или эксплуатации конструкции. Снятие припусков при механической обработке изменяет напряженное состояние изделия и приводит к нарушению взаимной уравновешенности напряжений. Для перехода в новое равновесное напряженное состояние, необходимое по условию существования сварочных напряжений без приложения внешних сил, в конструкции должны пройти определенные деформации, вызывающие ее коробление. Величина указанного коробления относительно невелика и должна учитываться лишь- в изделиях повышенной точности с несимметричным расположением сварных швов (например, в диафрагмах, цилиндрах турбин и т. п.). В указанных случаях для стабилизации размеров желательно производить термическую обработку конструкции с целью снятия напряжений.

В последнее время разработан также метод ступенчатой механической обработки конструкции, позволяющий обеспечить необходимую стабильность размеров без проведения операции отпуска. В этом случае припуск на механическую обработку снимается в две ступени. Вначале снимается примерно 3/4 припуска, после чего деталь освобождается от ее крепления на станке и крепится вторично. Особое внимание обращается на то, чтобы усилия закрепления не сдеформировали деталь. Деформации вследствие перераспределения напряжений за счет снятия этого припуска обычно укладываются в величину оставшейся V4 общего припуска. Затем снимается оставшийся припуск. Вследствие его малой величины коробление изделия при этом является относительно небольшим и, как правило, укладывается в пределы допуска на точность конструкции.

Особое место занимают механические напряжения термического характера, возникающие в барабанах котлов при авариях и неполадках, например при обвале защитной футеровки топки, когда обнажаются заклепочные швы нижнего барабана, при упусках воды, разрывах кипятильных и экранных труб, когда котел остается без воды при горячей еще кладке, при быстром заполнении холодного котла горячей водой или еще не остывших барабанов холодной водой. Такое же влияние на барабаны котлов (деформации, коробление) оказывает и местное охлаждение их в зимнее время из-за присоса холодного воздуха в топку.

Склонность к деформации (коробление, усушка), низкая прочность

Если остаточное напряжение превышает предел текучести сплава, то оно проявляется в остаточной пластической деформации (коробление отливок); если остаточное напряжение превышает предел прочности сплава, то в отливках появляются трещины.

При термической обработке стали могут возникнуть следующие дефекты: недостаточная твердость, мягкие пятна, повышенная хрупкость, обезуглероживание и окисление поверхности, коробление, деформации и трещины. Причиной их возникновения является нарушение технологических режимов термической обработки.

Деформации, коробление и трещины образуются при слишком резком или неравномерном охлаждении или нагреве деталей. Для предотвращения указанных дефектов необходимо правильно назначать режимы термической обработки.

слоя снижается предел выносливости, возрастают деформации (коробление) детали. Обычно дается значительный припуск на азотируемые детали для устранения возникающих изменений размеров и формы, что нельзя признать правильным. При рациональной укладке изделий в печи, минимальной температуре и толщине слоя коробление и деформации невелики.

Для объяснения процесса полигонизации предложен следующий дислокационный механизм. При деформации кристалла, например,

термического анплизп ИМП-индуцировшшые преобразования микроструктуры кристаллов кремния сопровождаются протпкпнием эндо- и экзотермических процессов со сложной томпературно-временной зависимостью. Масштаб ИМП-индуцированных термодинамических неус-тойчивостий в кристаллах Cz-Si на два порядка больше, чем в Zm-Si, что подтверждает ключевую роль межузельного кислорода в возникновении ИМП-индуцированных эффектов в кристаллах кремния. Наблюдавшиеся термодинамические неустойчивости могут быть обусловлены протеканием квазихимических реакций и релаксацией упругих напряжений в кристаллах кремния при ИМП-индуцированиом преобразовании их микроструктуры. Эндотермические процессы связан..; с разрывом химических связей (например, Si-О при образовании центров O-V,. где V — вакансия, или связей Si-Si при генерации дополнительных вакансий но поверхности, восполняющих их потребление при образовании кислородно-вакансионных комплексов в объеме), а экзотермические — с выделением тепла при образовании химических связей в процессе формирования новых дефектов, а также с высвобождением энергии упругой деформации кристалла Сг-Si. При этом, рост кислородно-вакансионных комплексов, являющихся точечными источниками упругих напряжений в кристалле, способствует дальнейшей генерации вакансий на поверхности, создавая тем самым положительную обратную связь, необходимую для возникновения самоорганизующихся процессов. Сложный колебательный характер обнару-.женных тепловых процессов в кристаллах кремния отражает возникновение диффузионной неустойчивости в подсистеме неравновесных точечных дефектов кристалла, индуцированной воздействием ИМП. Особенностями обнаруженных термодинамических неустойчивостей является наличие инкубационного периода в десятки часов перед их проявлением, скачкообразный характер возникновения и прекращения акзотермических процессов иа фоне зндотермик, а также наличие мелкомасштабных флуктуации в процессе протекания. Выявленнъ,~> при термографировинии особенности кинетики ИМП-индуцированных эффектен характерны для кооперативных процессов. Подобные особенности наблюдались, например, в кооперативных эффектах пред- я постпереходных состояний при плавлении германия [3]. Характер хк. тепловых процессов, обнаруженных в кристаллах кремния, указывает на то, что релаксация кристаллов X^z-Si, возбужденных воздействием ИМП, происходит через иерархию структурных неустойчивостей.

-,!•• i>•>! ча !"ми мартенсит, ич крупнозерниср')) -игольчк i ь!Й Прекращение ауччениы в Map''; н пением объема ( 1'/< Д1я ciain L l''/i ( ; 'Jio н ".'.икро1(,)П1'!Яжения. др.н'.ленне олпкои и фа юный наклеп. Внутренние напряжения \ неличн.нанлсч при уы_.цченнм се.держания \глерода в еч'ачи и MOIVT sipMiio.iii • i, :- (>f;[i:i кованию '.[икрстрещнн н Чакаленнои Ci.i.'iii. Нследетвие деформации кристалла мартенснга н процессе сгс обрачоьания и роста к нем наблюдается высокая плотность дислокаций. по[)ядка 101'1 см -для ныеокоугле;н)Дист1Я! ei али.

5. Вся совокупность или последовательность процессов пластической деформации кристалла представляет собой генетически заложенную в него иерархию разрешенных структурных состояний. Поэтому реализация любого структурного состояния связана с переходом к одному из существующих в электронно-энергетическом спектре

Накопленная в результате пластической деформации кристалла энергия упругих искажений решетки превращается в тепло при нагреве выше температуры рекристаллизации и оценивается калориметрическим методом [14]. Количество отведенной теплоты равно изменению энтальпии, так как процесс протекает в изобарных условиях. Поскольку химические реакции обычно идут также в изобарных условиях, термодинамической функцией (мерой максимальной полезной работы химической, реакции) здесь является свободная энтальпия — изобарно-изотермический потенциал (термодинамический потенциал). Так как энтропийный член в данном случае пренебрежимо мал7~"дёф6рмационный~ "сдвиг 26

Для локальной пластической деформации кристалла использовали стандартный прибор ПМТ-3. Перед нанесением укола алмазной пирамидой поверхность кристалла изучали под микроскопом, оценивали ее и выбирали участок для нанесения укола. Рабочую нагрузку определяли экспериментально, исходя из того, чтобы получить четкий отпечаток достаточно больших размеров, но в то же время не разрушить кристалл.

Иначе обстоит дело с энергией упругих микроискажений кристаллической решетки, вызванных пластической деформацией тела. Накопленная в результате пластической деформации кристалла энергия упругих искажений решетки превращается в тепло при нагреве выше температуры рекристаллизации и оценивается калориметрическим методом [16]. Количество отведенной теплоты равно изменению энтальпии, так как процесс протекает в изобарных условиях. Поскольку химические реакции обычно идут также в изобарных условиях, термодинамической функцией (мерой максимальной полезной работы химической реакции) здесь является свободная энтальпия — изобарно-изотермический потенциал (термодинамический потенциал). Так как энтропийный член в данном случае пренебрежимо мал, деформационный сдвиг равновесного потенциала может быть вычислен по величине изменения энтальпии, запасенной вследствие пластической деформации тела.

Для локальной пластической деформации кристалла использовали стандартный прибор ПМТ-3. Перед нанесением укола алмазной пирамидой поверхность кристалла изучали под микроскопом, оценивали ее и выбирали участок для нанесения укола. Рабочую нагрузку определяли, экспериментально с тем, чтобы получить четкий отпечаток достаточно больших размеров и в то же время не разрушить кристалл.

Упрочнение, отдых, рекристаллизация. Критическое скалывающее напряжение сильно зависит от степени предварительной деформации кристалла, увеличиваясь с ростом последней. Так, предварительная деформация монокристаллов магния на 350% приводит к увеличению т„ примерно в 25 раз. Еще более сильное упрочнение испытывают кристаллы кубической системы — алюминий, медь и др. Это явление получило название упрочнения или наклепа. Оно свидетельствует о том, что скольжение вдоль данной плоскости создает в ней необратимые искажения (несовершенства), которые затрудняют дальнейшее протекание процесса скольжения. В настоящее время считается, что такими несовершенствами являются дислокации, которые будут подробно рассмотрены в § 1.11.

Для объяснения процесса полигонизации предложен следующий дислокационный механизм. При деформации кристалла, например, путем изгиба возникают дислокации, неупорядоченно распределенные в плоскостях скольжения (рис. 58, а). При нагреве, достаточном для протекания самодиффузии, дислокации различных знаков аннигилируют, а избыточные дислокации одного знака

Для выяснения этого необходимо рассмотреть особенности строения аморфных металлов. Качественная двумерная схема деформации кристалла приведена на рис. 8.7,а, а аморфного твердого тела— на рис. 8.7,6. В кристалле при приложении касательного напряжения деформация происходит вследствие того, что дислокация, изображенная в центре рисунка, при своем движении смещает одну часть кристалла относительно другой. Поэтому прочность кристалла определяется подвижностью дислокаций. Напротив, поскольку в аморфном твердом теле не существует кристаллографических 'плоскостей, при приложении касательного напряжения к группе