Микроструктуры поверхности

Физическая природа возникновения АЭ в материале при его пластическом деформировании и разрушении, очевидно, связана с микропроцессами необратимого деформирования и разрушения материалов. Приложенная нагрузка приводит к возникновению в материале конструкции полей напряжений и деформаций, за счет энергии которых зарождаются и развиваются дефекты, приводящие в конечном итоге к разупрочнению материала. Зарождение, перемещение, рост дефектов, а также их исчезновение сопровождаются изменением напряженно-деформированного состояния и перестроением микроструктуры материала. При этом в материале перераспределяется внутренняя энергия, что приводит к возникновению АЭ. В металлах возникновение АЭ связано с образованием и движение дислокаций, зарождением и развитием трещин, с фазо-

При статическом нагружении характер изменения: относительного обобщенного параметра ротн объясняется процессами перестройки микроструктуры материала, накоплением в ней микроповреждений, а также динамикой дислокационных и доменных структур.

Короче говоря, поскольку любая из таких неоднородностей может быть представлена в большом разнообразии форм в зависимости от вида и размеров элементов конструкций, процессов производства и т. д., разрушение не является присущим материалу свойством, а скорее определяет его поведение. Напряжение текучести материала также чувствительно к изменению микроструктуры материала, но в более мелком масштабе. Именно чувствительность механического поведения материалов к структурным изменениям делает часто весьма затруднительным понимание этого поведения.

Методы интенсивной пластической деформации могут обеспечить формирование наноструктур в различных материалах. Однако получаемый размер зерен и характер формирующейся структуры зависят от применяемого метода ИПД, режимов обработки, фазового состава и исходной микроструктуры материала. Ниже будут приведены примеры типичных наноструктур, полученных методами ИПД, обсуждаются пути получения минимального размера зерен в различных материалах, рассмотрены данные об эволюции микроструктуры в ходе интенсивных деформаций.

При ударе часть энергии, а иногда вся энергия, поглощается металлом. Некоторая доля поглощенной энергии идет на деформационное упрочнение, которое является общим свойством материала, характеризующим сопротивление дальнейшему деформированию. Изучение упрочнения представляет интерес, поскольку характер изменений микроструктуры материала, вызванных импульсной нагрузкой, совершенно отличается от характера изменений при статических нагрузках, и поскольку вследствие неравномерной упругопластической деформации в одном и том же теле могут иметь место различные степени упрочнения металла.

Для проведения микроструктурных исследований в процессе усталостных испытаний при знакопеременном изгибе применяют образцы в виде пластин толщиной 1—2 мм, длиной 100 мм и шириной 10—15 мм (рис. 1, в). При выполнении исследований цилиндрических образцов, подвергаемых нагружению во время испытания, по высоте образцов приготовляется лыска, на которой делается микрошлиф, позволяющий изучать изменения микроструктуры материала во время проведения

Устройство для проведения рентгенострук-турного анализа образцов. При изучении кинетики деформирования металлов и сплавов в широком интервале температур представляет большой научный интерес одновременное исследование изменений микроструктуры материала и рентгенографическое определение возникающих в процессе опыта микроискажений кристаллической решетки.

При отсутствии необратимых изменений микроструктуры материала в процессе нагружения s=Af(t) упругий модуль ?2 является функцией только деформации ячейки, а коэффициент вязкости (ia — функцией мгновенных величин деформации и ее

Мы указали пути, по которым водород из различных источников, переносимый дислокациями или путем решеточной диффузии, может накапливаться в ряде мест (в одном из, них во всех), представляющих особенности микроструктуры материала. Места наиболее существенного (критического) влияния водорода образуют путь разрушения. При этом может либо усиливаться характер разрушения, происходившего и в оотсутствие водорода, либо возникать другой тип разрушения. Все такие возможности обобщенно представлены на рис. 52. В их число мы включили

более высоких температурах — по границам зерен. Температуру, при которой прочности тела и границ зерен одинаковы, часто называют эквикогезивной, значение ее непостоянно и зависит от ряда факторов (скорости нагружения, микроструктуры материала, длительности испытания и др.).

Функция повреждения материала в цитированных работах вводится формально, без конкретной связи с физическими свойствами микроструктуры материала. Физический смысл функции повреждения может быть выяснен на основе статистической теории прочности [11]. Ее можно трактовать как вероятность разрушения частицы микроструктуры.

Перспективны растровые муаровые методы контроля микроструктуры поверхности и их деформации.

Устройства голографической дефектоскопии. Изменение микроструктуры поверхности контролируемых изделий в результате пластической деформации, а значит и изменение рассеивания света поверхностью может быть использовано для обнаружения раннего

Рис. 2 показывает, что между пределом усталости композита (определенным на базе 107 циклов) и объемным содержанием борных волокон в композите существует линейная зависимость. Материалы, пределы усталости которых обнаруживают данную линейную зависимость, изготовлены в четырех различных лабораториях, а усталостные испытания проведены в двух различных лабораториях, поэтому был сделан вывод о том, что отмеченное усталостное поведение является характерным для современных боро-алюминиевых композитов. Это крайне важное заключение, так как мы увидим позже (разд. VI), что предел усталости бороалю-миниевых композитов может быть повышен по крайней мере на 20% по сравнению с тем, который дает линейная зависимость, показанная на рис. 2, за счет регулирования микроструктуры поверхности раздела волокна и матрицы [26].

глубина диффузионного проникания X была ~2400-10~8 см (рис. 14, а); при более низкой температуре X было ограничено величиной 245-10~8 см и на границе раздела имелись поры (стрелка на рис. 14, б). Влияние последней микроструктуры на усталостную прочность композита было таким, что предел усталости поднялся на неожиданно большую величину ~20% (рис. 15). На рис. 16 кратко отображено влияние температуры получения композита [450, 475 (современный материал) или 500 °С], полученной глубины диффузионного проникания X и микроструктуры поверхности раздела на предел усталости композита при одноосном нагружении.

Рис. 16. Влияние микроструктуры поверхности раздела на предел усталости «тат (на базе 10' циклов) для композитов алюминия 6061-0 и бора; Л = 0,2

Композиты бороалюминиевые, влияние на усталостную прочность микроструктуры поверхности раздела 423, 427

Наблюдение, фотографирование или киносъемка микроструктуры поверхности образца осуществляется через смотровое окно, состоящее из двух плоскопараллельных кварцевых стекол 15 и 16, впаянных в корпус криостата с вакуумным зазором между ними. При этом предусмотрено использование металлографического микроскопа 17 типа МВТ.

Наиболее совершенной из серийно выпускаемых установок для тепловой микроскопии, позволяющей осуществлять микромеханические испытания, является установка типа ИМАШ-20-75 «Ала-Тоо» (рис. 2). Она предназначена для прямого наблюдения, фотографирования и киносъемки микроструктуры поверхности микро-образцов различных материалов при деформации растяжением и нагреве или охлаждении в вакууме. Установку применяют для:

После «включения» микровыступа в работу начинается его постепенное разрушение ионами и полем, т. е. ток с него должен уменьшаться со временем. Гибель микровыступа может произойти либо вследствие его постепенной усадки, либо после отрыва от катода микрокристаллита, образовавшего его. Тогда это приводит к образованию и включению в работу новых микровыступов. Такой механизм нестабильности связан с флуктуациями микроструктуры поверхности, поэтому для него можно ввести краткое название «микростуктурная нестабильность». С известной долей приближения можно воспользоваться для этого механизма той же количественной моделью, что и для флуктуации работы выхода.

3. Полученные данные согласуются с моделью зародышеобразования при кипении, базирующейся на определяющей роли микроструктуры поверхности и взаимосвязи со свойствами поверхности и кипящей жидкости, а следовательно, принятая модель [11] описывает все разнообразные условия зародышеобразования при кипении.

5. Изучение микроструктуры поверхности изделий, определяющей качество изделий. Низкое качество поверхности испытуемого изделия по сравнению с эталоном приводит к ухудшению четкости голограммы и проявляется как влияние шума.