Дислокационная субструктура

плоскостей в другие. В результате такого переползания дислока-иий происходит их активное размножение и распространение по всему объему металла. Запасенная энергия искажений при такой перестройке уменьшается вследствие снижения плотности дислокаций в плоских скоплениях. Образуется ячеистая клубковая дислокационная структура. Результатом этого являете» снижение уровня микроискажения кристаллической решетки в интервале до 2 тыс. циклов нагружения. Существенное влияние на уровень- запасенной энергии и субструктуру оказывают также релаксационные процессы при взаимодействии дислокаций между собой к дефектами упаковки, их аннигиляции и деформационное старение. Кроме того, происходит торможение и закрепление дислокаций

Рис. 10. Дислокационная структура

1 Для распределения растворенных атомов, в особенности образующих раствооы внедрения, важное значение имеет дислокационная структура. Обычно вокруг дислокаций скапливаются растворенные атомы (образуя «атмосферы Коттрелла»), что затрудняет перемещение дислокаций, другими словами, повышает прочность.

при изменении температуры изменяются число вакансий и дислокационная структура. Поэтому закалка такого сплава фиксирует при низкой температуре состояние с повышенным количеством вакансий, что характерно для высокотемпературного состояния. Это будет закалка, хотя диаграмма состояний не показывает никаких изменений с повышением температуры. В данном случае не будет видимых микроструктурных изменений, поэтому изменение свойств намного меньше, чем в случае обработки, когда изменяется микроструктура.

(стадия I деформационного упрочнения). После стадии единичного (легкого) скольжения начинается стадия множественного скольжения — движение дислокации в двух и более системах. На этой стадии после значительной деформации дислокационная структура металла сильно усложняется и плотность дислокаций возрастает по сравнению с исходным состоянием на 4—6 порядков, достигая 10u-f-1012 см~2. Вследствие упругого взаимодействия между дислокациями сопротивление их движению сильно возрастает и для их продвижения внешнее напряжение должно резко возрасти (стадия /7 упрочнения). Под влиянием все возрастающего напряжения развивается поперечное скольжение винтовых дислокаций, т. е. скольжение с переходом из одной разрешенной плоскости скольжения в другую. Это приводит к частичной релаксации напряжений, аннигиляции отдельных дислокаций разного знака и группировке дислокаций в объемные ячейки, внутри которых плотность дислокаций меньше, чем в стенках ячеек. Наступает /// стадия деформации, когда происходит так называемый динамический возврат, который приводит к уменьшению деформационного упрочнения.

Высокие механические свойства после термической обработки объясняются большой плотностью дислокаций в мартенсите, дроблением его кристаллов на отдельные субзерна величиной в доли микрона со взаимной разориентнровкои от 1-2 до 10 15'. Дислокационная структура, формирующаяся в аустепите при деформации, «наследуется» после накалки мартенситом. После деформации аустенита последующая закалка приводит к образованно более1 фрагмептп рованпого и однородного по размерам мелкокристаллического мартенсита. Высокая сопротивляемость распространению трещины, объясняется меньшим уровнем и более легко!! релаксацией пиковых напряжений благодаря повышенной плотности подвижных дпсло каций.

При циклических режимах нагружения длительно проработавших аппаратов металл подвергается деформационному старению. При этом изменяется дислокационная структура металла и перераспределяются примесные атомы (например. азота) в кристаллах. В результате старения металла повышаются пределы прочности сгв и текучести a-faaz), значительно снижаются пластические характеристики (относительное удлинение 8 и сужение vy). Металл становится более хрупким, и это приводит к ускорению усталостного разрушения. Поскольку в вершине дефектов всегда наблюдается концентрация деформаций, там и старение протекает быстрее.

а - дислокационная структура;

В случае хрупких металлических материалов или испытаний на усталость при ничких температурах во внутренних объемах отожженных металлов и сплавов образуется малоразвитая дислокационная структура (рис. 20 и 21). Лишь в отдельных зернах наблюдается сильное изменение дислокационной структуры при наличии двойников деформации (рис. 21,6). Более интенсив-

Рис. 20. Дислокационная структура после циклического деформирования

Рис. 21 . Дислокационная структура железа в условиях циклического деформирования при температуре испытания 77К: а - напряжение 465 МПа,

кобальтового (сталь 18-10) и медного (для ВТ1-0) анодов при фокусировке по Брегту-Брентано по интерференционным линиям, полученным от ГПУ решеток титана и y-Fe с индексами Миллера (3 030) и (311) соответственно. В качестве эталонов использовались образцы изучаемых материалов в состоянии поставки после специальной термической обработки, проведенной для получения равновесной структуры (закалка в воде стали 18-10 и неполный отжиг сплава ВТ1-0). Съемка и отсчет результатов проводились по методике, изложенной выше. Микротопография поверхности изучалась на электронном микроскопе-микроанализаторе ЭММА-2 путем препарирования двухступенчатых реплик (алюминий-уголь) при увеличении 12 тыс. раз. Использовалось оттенение хромом. Дислокационная субструктура исследовалась методами просвечивающей электронной микроскопии на тонких фольгах.

Изменение структуры под действием СЭП происходит не только на поверхности, но и в приповерхностных слоях. Исследования фракто-грамм изломов показали, что глубина воздействия пучка может достигать десятков микрометров. Воздействие СЭП приводит к перераспределению кобальтовой прослойки, ее частичной дефрагментации, что повышает ее микротвердость. Изменяется напряженное состояние материала и его дислокационная субструктура.

148. Дудаев Е.Ф., Корниенко Л.А., Лыков С.В. и др. Дислокационная субструктура, сформировавшаяся в результате облучения железа низко-энергетическим сильноточным электронным пучком // Изв. вузов. Физика. 1993. №5. С. 42^7.

В соответствии с особенностями электронного строения переходных металлов [9, 294] среди тугоплавких металлов с ОЦК-решеткой металлы VIA группы (Cr, Mo, W) характеризуются высокими значениями -у. В то же время металлы VA группы (V, Nb, Та) обладают существенно меньшими значениями энергии дефекта упаковки. Они сохраняют пластичность до более низких температур, а возникающая при деформации дислокационная субструктура у них менее четко сформирована, чем у молибдена и вольфрама. Железо занимает промежуточное положение между молибденом и ванадием [40].

Пиннел и Лоули [66] изучали зависимость микромеханических характеристик композита алюминий — нержавеющая сталь после прессования от объемного содержания упрочнителя. При растягивающем нагружении экспериментальные значения физического предела упругости, предела микротекучести и предела текучести (при остаточной деформации 0,1%) хорошо согласовались со значениями, рассчитанными на основе правила смеси (рис. 12 — 14). Структурные исследования показали, что дислокационная субструктура при заданной величине деформации композита не зависит от объемной доли упрочнителя, т. е. что между матрицей и упрочнителем не происходит заметного взаимодействия. Это подтверждает справедливость предположений, на которых основано правило смеси.

Рис. 19. Дислокационная субструктура стали 1X18H9T.X2000Q:

Рис. 24. Дислокационная субструктура стали 1Х18Н9Т, Х20 000: 1 — образование плоских дислокационных скоплений на стадии деформационного упрочнения; 6 — образование клубков дислокаций на стадии динамического возврата

Ранее мы отмечали, что на пике старения создаются условия для сосредоточения деформации в немногочисленных полосах скольжения, что при данном значении Ле,„ вызывает наиболее раннее возникновение усталостной трещины (см. рис. 10.3). Более равномерное распределение скольжения в недостаренном или перестаренном состоянии обеспечивает более высокое сопротивление возникновению трещин в полосах скольжения. Имеются доказательства, что у перестарен-ных материалов возникновение усталостных трещин на дефектах задерживается. Следует, однако, тщательно взвешивать возможные преимущества термической обработки на переста-ривание, коль скоро она приводит к снижению прочности. Одним из источников увеличения усталостной прочности является повышение равномерности деформации с помощью термомеханической обработки. Созданная ею и наследуемая материалом дислокационная субструктура должна содействовать гомогенизации последующего циклического деформирования.

Рис. 91. Дислокационная субструктура железа, закаленного с

Дй в мартенсите достигает ~1 • 10~2 нм (0,10 А) [225]. Пластинки мартенсита характеризуются двойниковой структурой и большой плотностью дислокаций. Тонкая структура мартенсита существенно зависит от условий его образования и состава. Часто наблюдается сложная дислокационная субструктура, которую не удается описать простой моделью, предлагаемой теорией.

Роль ТМТ заключается в создании развитой дислокационной субструктуры фазового наклепа, причем под воздействием внешнего напряжения дислокационная субструктура оказывается ориентированной. Следовательно, ориентированы и поля связанных с ней напряжений. Характеристики сверхупругости при этом повышаются в результате развития фазового наклепа.