Деформационным упрочнением

Разновидностью способа является изотермическая закалка на бейнит с последующим деформационным старением (рис. 86, е). Применяют также сочетание деформационного старения с НТМО (рис. 86, ж) и ВТМО (рис. 86, з, и).

Старение, вызванное предварительной пластической деформацией, называется статическим деформационным старением. Старение, развивающееся в процессе пластической деформации, называется динамическим. Условие динамического старения — определенное соотношение между скоростями деформации и диффузионным перемещением растворенных атомов. В данном случае происходит блокировка растворенными атомами дислокаций, движение которых при деформировании по каким-либо причинам замедляется, а вырывание дислокаций из облаков Коттрелла при ускорении их движения служит причиной упрочнения. Указанное выше соотношение устанавливается при определенных температурах, например для низкоуглеродистой стали в диапазоне 520...670 К. Частичное охрупчивание стали при этих температурах называется «синеломкостью».

Сварные соединения стальных конструкций в ряде случаев склонны к хрупкому разрушению в условиях работы при отрицательных температурах и условиях динамического нагружения. Этому способствует охрупчивание металла в ЗТВ вследствие воздействия СТДЦ, а также наличия геометрических концентраторов напряжений и остаточных сварочных напряжений. В соединениях низкоуглеродистых сталей наиболее склонны к хрупкому разрушению участки ЗТВ, нагреваемые до 470. ..770 К. Их охрупчивание связано с деформационным старением стали.

В области средних температур 0,15 — 0,5ГПЛ (см. рис. 2.8) пластическая деформация ОЦК-металлов контролируется в основном взаимодействием дислокаций с примесными атомами внедрения [85— 87]. В металлах и сплавах технической чистоты, т. е, с повышенным содержанием элементов внедрения, указанную область можно разбить на два температурных интервала: выше и ниже температуры конденсации атмосфер Коттрелла [85, 86], которая обычно составляет порядка 0,25— 0,36ГПЛ. Ниже этой температуры наблюдается в основном взаимодействие дислокаций с атмосферами Сноека [85], а выше этой температуры происходит разблокирование из атмосфер Коттрелла [86, 88], причем такой процесс носит характер динамического равновесия. Поскольку в этом температурном интервале скорость миграции примеси становится соизмеримой со средней скоростью дислокации, движущейся от барьера к барьеру, то «периодически происходит захват дислокаций атмосферами [4] и столь же периодический отрыв от них при дальнейшем повышении напряжения течения. Этот периодический процесс, называемый динамическим деформационным старением, вызывает заметные спады напряжения, которые придают диаграмме нагружения характерный зубчатый вид (эффект Портевена — ЛеШателье) [5]. Эффект Портеве-на — Ле Шателье чувствителен к скорости и степени деформации и часто приводит к аномальному повышению напряжения течения в отдельных температурных интервалах, что вызывает появление дополнительных максимумов на кривой температурной зависимости прочностных свойств.

О помощью этого устройства можно записывать деформации в масштабе 25:1, 50:1 я 100:1. Эксплуатация данного устройства в лабораторных условиях показала его высокую надежность как в условиях комнатной, так в при повышенных (вязких) температурах. О чувствительности устройства свидетельствует тот факт, что ва диаграмме деформирования фиксируются незначительные скачки, связанные о деформационным старением, которые характерны для некоторых материалов при определенных температурах, а также зуб текучести, если ои имеется. Устройство позволяет записывать практически неограниченную величину абсолютного удлинения рабочего участка образна, что очень важно при испытаниях пластичных материалов.

Четвертый тип зависимости Ден = / (N) характерен для углеродистых (стали 30, 45, 60 и др.) и некоторых легированных (1X13,, 15Г2АФДпс и т. п.) и других сталей. Уменьшение величины Ден после достижения максимума связано, по-видимому, с их деформационным старением в процесса циклического нагружения.

Повышение температур сказывается на изменении статических и циклических свойств металлов и, следовательно, на процессах местного упругопластического деформирования и разрушения. При температурах, когда фактор времени проявляется несущественно (при отсутствии выраженных деформаций ползучести), изменение сопротивления образованию трещин малоциклового разрушения описывается через изменение характеристик кратковременных статических свойств [6, 7]. При этом уменьшение долговечности с повышением температур до 350° С у малоуглеродистых и низколегированных сталей связывается с деформационным старением (особенно при температурах 250—300° С) и уменьшением исходной пластичности. У низколегированных теплостойких сталей при температурах до 400° С уменьшение долговечности в зонах концентрации напряжений для заданных уровней номинальных напряжений объясняется уменьшением сопротивления упругопласти-ческим деформациям (при одновременном повышении предельных пластических деформаций). У аустенитных нержавеющих сталей

Разновидностью способа является изотермическая закалка на бейнит с последующим деформационным старением (рис. 86; е). Применяют также сочетание деформационного старения с НТМО (рис. 86, ж) и ВТМО (рис. 86, з, и).

--деформационным старением 1. 175, 176

Анализом диаграмм термоциклического деформирования установлено, что при всех исследованных видах напряженного состояния в области рабочих температур в стали 12Х18Н10Т происходит устойчивое термоциклическое упрочнение. Природа упрочнения согласно исследованиям структуры связана с динамическим деформационным старением, обусловливающим создание повышенной плотности дислокаций в теле зерна, а также зарождение и рост карбидных фаз типа Т1С внутри зерна и (Сг, Ре)23Св на его границах [39].

В области высоких напряжений ползучести при транскристал-литном типе разрушения относительная долговечность увеличивается в основном в результате внутризеренного деформационного старения. Несоблюдение закона коммутативности накопления повреждений связано с более выраженным динамическим деформационным старением при термоциклической деформации, чем при ползучести.

Критерий ткр широко применяется для пластических материалов с малым деформационным упрочнением (для идеально-пластического металла). При значительном упрочнении металла оценку предельного состояния моделей производят на основе неустойчивости пластических деформаций. Установив функциональную зависимость с учетом характера деформационного упрочнения и используя условие неустойчивости, находят критические силовые и геометрические параметры. Заметим, что найденные таким образом критические параметры не являются характеристиками разрушения, а лишь отвечают моменту перехода из устойчивого (равномерного) пластического деформирования в неустойчивое (неравномерное). Тем не менее результаты анализа неустойчивости деформаций находят широкое применение для оценки несущей способности конструкций и полезны при исследовании разрушения материалов, моделей и конструкций с концентраторами напряжений при статическом и малоцикловом нагружении, в частности, моделей с трещинами.

Повышение усталостной прочности при кратковременных перегрузках объясняется деформационным упрочнением, происходящим при пластических деформациях'микрообъемов материала, сходным с упрочнением при наклепе. Установлено, что под действием пластических деформаций происходят упрочняющие процессы: разупорядочение кристаллических решеток; увеличение плотности дислокаций; измельчение кристаллических блоков и увеличение степени их разориентировки; зубчатая деформация поверхностей спайности в результате выхода пластических сдвигов на поверхность зерна и, как следствие, увеличение связи между зернами. Уменьшается растворимость С, О и N в а-железе; эти элементы выпадают из твердых растворов, образуя высокодисперсные карими, _оксидц_Н-нитриды в виде облаков, блокирующих распространение дислокаций. В закаленных сталях происходит распад остаточного аустенита, превращающегося в мелкоигольчатый мартенсит деформации.

Допускается для низколегированных сталей К0 = о, / он. По мнению авторов, деформационным упрочнением гр\(жых и аппаратостроительных сталей пренебрегать нельзя, поскольку коэффициенты деформационного упрочнения этих сталей достаточно высокие (п - 0,1 - 0,45). Аппроксимируя кривую растяжения какой-либо функции и рассматривая ее совместно с уравнением Непоера. можно получить аналитическую зависимость для оценки коэффициентов концентрации упртямастических напряжений и деформаций. При выборе аппроксимирующих функций о (е) следует иметь в виду, что некоторые из них приводя, к существенным разрывам в зависимостях К0 = f (0,,) и Kt = Г (а,,), например, в степенных функциях типа о = с е" (с и п - константы металла) Этот недостаток не имеет"места при

Следует подчеркнуть, что областью адекватности предлагаемых моделей являются процессы охрупчивания, связанные с деформационным упрочнением материалов. Однако при эксплуатации оборудования охруп-чивание может быть вызвано и другими причинами, например, диффузией в металл углерода или азота. В этом случае оценка поврежденности D по формуле (4.8) может привести к неправильным результатам. Следовательно, методика оценки D должна включать алгоритм, способствующий идентификации деформационного упрочнения в процессе диагностирования колонного аппарата. Эта цель можег быть достигнута использованием двухпараметрического контроля текущего состояния металла, т. е. одновременным контролем твердости и обобщенного параметра материала

Влияние поверхностного упрочнения. Повышение прочности поверхностного слоя и появление в нем остаточных напряжений сжатия, препятствующих образованию усталостной трещины, достигается дробеструйным деформационным упрочнением *, накатыванием роликами и шариками, поверхностной закалкой и нагревом ТВЧ, химико-термической обработкой, лазерной обработкой и др. В результате поверхностного упрочнения в ряде случаев предел выносливости повышается в 2...3 раза и более, что является мощным средством повышения долговечности машин при одновременном снижении их массы. Наибольший эффект поверхностное упрочнение дает для деталей, имеющих заметную концентрацию напряжений. Повышение предела выносливости учитывается коэффициентом влияния поверхностного упрочнения Kv, представляющим собой отношение предела выносливости 0-1у„р упрочненного образца к пределу выносливости а_1 неупрочненного образца:

Одной из основных целей написания данной монографии было желание найти взаимосвязь между указанными тремя этапами: пределом текучести, деформационным упрочнением и разрушением — с помощью, например, одной общей независимой переменной — деформации. Другая цель заключалась в попытке дать достаточно подробный обзор работ по деформационному упрочнению в поликристаллических ОЦК-металлах. В данной области явно ощущается недостаток обобщающих работ по деформационному упрочнению, и это находится в противоречии хотя бы с тем, что по количеству работ, посвященных изучению деформационных структур и законо-меорнстей разрушения, ОЦК-металлы существенно превосходят в последнее время все другие материалы.

созданной последующими кольцами. Затем по механизму двойного поперечного скольжения происходит сбрасывание остаточной петли (рис. 2.29, г, д), которое сопровождается релаксацией обратного напряжения на источнике дислокаций 1. В результате появляется возможность генерирования следующей дислокации и ее продвижения по плоскости скольжения через ряд частиц с образованием новых петель и т. д. В конечном счете в этом процессе устанавливается как бы динамическое равновесие между приходом новых дислокаций, образованием вокруг частиц петель и их сбрасыванием, причем увеличение напряжения в процессе дальнейшей деформации будет обусловлено уже только деформационным упрочнением.

Предел текучести — это фактически напряжение, которое необходимо приложить, чтобы скорость пластической деформации стала соизмеримой со скоростью машинного деформирования и могла быть достигнута некоторая определенная величина макродеформации (например, для предела текучести — 0,2 %). Другими словами, внешнее напряжение должно быть поднято до уровня, который обеспечивает при заданных условиях деформации (температура и скорость испытания) необходимые плотность дислокаций и скорость их движения в материале с конкретной структурой. Причем скорость дислокаций, вернее, их средняя скорость, является основным параметром, поскольку плотность дислокаций не может изменяться произвольно, так как она ограничена деформационным упрочнением. Поскольку усреднение скорости дислокаций проводится на. достаточно больших отрезках, то оно учитывает преодоление множества различных препятствий, размеры которых колеблются от долей межатомных расстояний до размера зерна. Более того, можно сказать, что эти препятствия фактически запрограммированы при выборе состава сплава, его термической и термомеханической обработок.

Механическая неустойчивость образца при растяжении, или переход от общей деформации к локальной только в шейке, возникает из-за того, что на определенном этапе деформации уменьшение среднего поперечного сечения образца перестает компенсироваться деформационным упрочнением металла. Вследствие этого нагрузка в процессе деформации проходит через максимум, и дальнейшая деформация в шейке происходит уже при снижении нагрузки.

Нежелательное влияние термических остаточных напряжений на механические свойства композита в целом (но не обязательно и на свойства поверхности раздела) может быть уменьшено, если перераспределить остаточные напряжения, осуществляя механическую деформацию в пластической области. Предварительное растяжение композита в направлении волокон часто значительно улучшает свойства при последующих испытаниях [20]. Показано, что этот эффект связан с уменьшением абсолютной величины остаточных напряжений в композитах, а не с деформационным упрочнением при предварительном растяжении. Знак дополнительной составляющей остаточных напряжений, создаваемых при на-гружении в области пластического течения матрицы и последующем разгружении, противоположен знаку остаточных напряжений, возникающих при охлаждении, поэтому общее напряженное состояние становится менее жестким.

Таким образом, использование методов РКУ-прессования для получения субмикрозернистых структур позволяет достичь повышенных сверхпластических свойств, а именно низкотемпературной и высокоскоростной сверхпластичности в ряде сплавов. На-нокристаллические сплавы проявляют повышенное сверхпластическое поведение, хотя это поведение связано со значительным деформационным упрочнением, которое, по-видимому, связано с изменением деформационных механизмов за счет трудности дислокационной аккомодации зернограничного скольжения в малых зернах [356].