Неоднородности поверхности

МАКРО- И МИКРОАНАЛИЗ НЕОДНОРОДНОСТИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ....................................................65

6. Суммарный рабочий объем Vs, принимавший участие JB пластическом деформировании и разрушении металла (объем Vs включает также объем Ук)- Вследствие неоднородности пластической деформации объем Vs всегда меньше исходного объема металла V, т. е. 1/5 : V <[ 1 . За исключением критического объема искажения, каждый единичный объем в суммарном рабочем объеме Vs накапливает

На рис. 3, б приведена зависимость А от температуры испытания. Неоднородность деформации с ростом температуры увеличивается, но не монотонно. При 100, 300 и 500° С на кривой А — Т имеются провалы, а при 200 и 400° С — всплески неоднородности. Это связано с локализацией пластического течения в грубых полосах скольжения и на границах зерен (при незначительной миграции последних). Некоторое уменьшение неоднородности при 100, и особенно при 500° С, связано, по-видимому, с интенсивным развитием поперечного скольжения и миграцией границ зерен. Такой ход кривой А — Т хорошо согласуется с кривыми температурной зависимости пластичности (рис. 1, а): понижение пластичности при 200 и 400° С соответствует росту неоднородности пластической деформации (рис. 3, б), и наоборот «всплеск» пластичности при 300 и 500° С соответствует падению А.

Применение количественных телевизионных микроскопов позволяет быстро и качественно производить эти измерения. Перемещая рамку сканирования по экрану и устанавливая ее против двух отпечатков, как это показано на рис. 187, можно определить фактическое расстояние между отпечатками. При каждом измерении размер рамки подбирают вручную по изображению на экране монитора, что не позволяет полностью автоматизировать процесс оценки неоднородности пластической деформации.

Рассмотрим на примере изучение неоднородности пластической деформации методом накатанных сеток — задачи, решение которых было возможно только с помощью метода физического моделирования.

отдельных зерен, так и от одного зерна к другому. Внутри отдельных зерен поликристалла наблюдаются глубокие полосы скольжения с повышенной плотностью дислокаций внутри них. Плотность дислокаций меняется также от зерна к зерну, что, по-видимому, можно объяснить не только с позиций обычной неоднородности пластической деформации при низких температурах, но и влиянием фактора анизотропии первого и второго рода, т. е. тем, что различные зерна, выходящие на поверхность образца, ориентированы по разным кристаллографическим плоскостям и направлениям по отношению к строго направленным контактным напряжениям на поверхности стали.

Нестабильный характер протекания пластической деформации (в общем случае возникновение скачков нагрузки на кривых деформационного упрочнения) обусловливается взаимодействием исходной дефектной структуры кристаллов и субструктуры, образующейся в процессе деформации. В частности, как отмечается в [229], при пластической деформации предварительно облученных монокристаллов меди и закаленных с предпла-вильных температур образцов из алюминия в исходной дефектной структуре указанных материалов, содержащей большое количество вакансион-ных и межузельных призматических петель и тетраэдров дефектов упаковки, образуются бездефектные каналы шириной 0,1 — 0,5 мкм (рис. 85,6"). Это обусловливает развитие неоднородности пластической деформации на ее начальной стадии, что отражается на кривых деформационного упрочнения в виде характерных скачков нагрузки (рис. 85, а). В работе [229] механизм образования бездефектных каналов в облученных или закаленных кристаллах рассматривается с кинетических позиций как "закономерная эволюция дислокационного ансамбля в кристалле при заданных условиях его деформирования". При этом, помимо процессов размножения, аннигиляции и диффузии дислокаций, учитывается также механизм взаимодействия скользящих дислокаций с призматическими петлями дефектов упаковки. В результате указанного взаимодействия дефекты заменяются дислокациями, образуя на них пороги и перегибы.

Отжиг для снятия остаточных напряжений применяют для стальных изделий после литья, сварки или .механической обработки. Остаточные напряжения возникают из-за неравномерного охлаждения, неоднородности пластической деформации и могут вызывать изменение размеров, коробление изделий в процессе обработки, эксплуатации или хранения. Схема технологического процесса включает нагрев до 160...700 °С, выдержку в течение 2...3 ч и последующее медленное охлаждение. Выбор температуры зависит от вида предшествующей обработки: после резания — при 570...600 °С, сварки — 650...700, шлифования- 160...180 °С.

С учетом неоднородности пластической деформации в циклах нагружения в соответствии с зависимостями (4.21), (4.31) и (4.57), ^4.58) условие разрушения (появление микротрещин в локальных участках при Np < 105 циклов) может быть записано следующим образом [47, 831:

При уменьшении нагрузки (увеличении долговечности), хотя количество участков с высоким уровнем деформации уменьшается, степень неоднородности пластической деформации возрастает (К^ и Кц& увеличиваются) и количество трещин также уменьшается, но процессы накопления повреждений и развития трещин сосредоточиваются в этих зонах.

Различия термодинамических и кинетических условий протекания структурных превращений в поверхностном слое и сердцевине металла еще более усиливаются, если металл перед термической обработкой был подвергнут холодной пластической деформации: вследствие неоднородности пластической деформации (например, при прокатке листовых заготовок) поверхностные слои металла характеризуются более высокой плотностью дислокаций.

Пластическая деформация также проявляется в образовании рельефа на полированной поверхности шлифа после микроударного воздействия. На рис. 59, а показана микрофотография такого рельефа, на которой хорошо видны выступы и впадины. Шлиф сфотографирован при косом освещении, поэтому видны темные полосы около выступов. Вертикальное перемещение отдельных микрообъемов и зерен дает возможность судить о степени неоднородности пластической деформации и количественно определить ее величину.

Причины возникновения электрохи-мической гетерогенности (неоднородности) поверхности раздела металл —

Причины возникновения электрохимической неоднородности поверхности металла могут быть самыми различными. Возникновение гальванических микро-или макропар вследствие действия только одного фактора сравнительно редко в коррозионной практике; чаще влияют одновременно различные факторы, причем один из них обычно является основным. Например, коррозионный элемент, возникающий вследствие загрязненности основного металла примесями других элементов, может работать не только

Почвы, содержащие органические гуминовые кислоты, отличаются агрессивностью по отношению к стали, цинку, свинцу и меди. Общая кислотность такого грунта точнее характеризует его агрессивность, чем только значение рН. Заметные концентрации NaCl и Na2SO4 придают трудноосушаемым почвам, встречающимся на юге Калифорнии, высокую агрессивность. Помимо увеличения активности локальных элементов при повышении электропроводимости почвы большое значение приобретают макро-гальванические элементы большой протяженности, возникающие вследствие различий концентрации О2 в почвах разного состава или неоднородности поверхности металла. Аноды и катоды могут находиться на расстоянии нескольких километров друг от друга. Грунт с низкой электропроводимостью чаще всего менее агрессивен, чем высокоэлектропроводный, из-за малого количества влаги или наличия растворенных солей или и того и другого вместе. Однако электропроводимость сама по себе не является показателем агрессивности; немалую роль играет характеристика анодной или катодной поляризации металла в данном грунте .16].

Для построения поверхности распределения амплитуд гармонических составляющих была разработана программа в системе MatLab. При этом были созданы матрицы параметров гармоник и координат точек, нанесенных на поверхность образца. По значениям матриц производилась интерполяция с помощью функции griddata [99]. На рисунке 3.5.4 показаны картины распределения амплитуд 1-й, 2-й, 3-й и 5-й гармоник вдоль поверхности плоского нагруженного образца из стали 16ГС с концентратором напряжения в виде бокового пропила. В ненагруженном состоянии образца изменения амплитуд гармонических составляющих незначительны. Значительные изменения присутствуют у краев пропила, что связано с влиянием краевого эффекта. Причем амплитуды различных гармоник по-разному реагируют на неоднородности поверхности и внутренней структуры образца. После приложения нагрузки отклик в зоне зарождения трещины присутствует у всех гармоник.

Для построения поверхности распределения амплитуд гармонических составляющих была разработана программа в системе MatLab. При этом были созданы матрицы параметров гармоник и координат точек, нанесенных на поверхность образца. По значениям матриц производилась интерполяция с помощью функции griddata [99]. На рисунке 3.5.4 показаны картины распределения амплитуд 1- и, 2- и, 3- и и 5- и гармоник вдоль поверхности плоского нагруженного образца из стали 16ГС с концентратором напряжения в виде бокового пропила. В ненагруженном состоянии образца изменения амплитуд гармонических составляющих незначительны. Значительные изменения присутствуют у краев пропила, что связано с влиянием краевого эффекта. Причем амплитуды различных гармоник по-разному реагируют на неоднородности поверхности и внутренней структуры образца. После приложения нагрузки отклик в зоне зарождения трещины присутствует у всех гармоник.

поверхности под влиянием силы тяжести. Общая плотность капель на поверхности конденсации увеличивается по мере возрастания температурного напора &t=ts—?ъ. Наблюдения показывают, что при малых А^ капельки конденсата зарождаются в основном на разного рода микроуглублениях и других элементах неоднородности поверхности (причем в первую очередь на тех, для которых локальные условия смачивания и работа адгезии имеют повышенное значение). При увеличении Д? на поверхности конденсации может возникать, кроме того, очень тонкая (около 1 мкм и менее) неустойчивая жидкостная пленка. Она непрерывно разрывается, стягиваясь во все новые капельки, и восстанавливается вновь. При этом число капель на поверхности резко увеличивается.

4. Теплоотдача при капельной конденсации пара. Если конденсат не смачивает поверхность охлаждения, то конденсация пара приобретает капельный характер. На поверхности образуются и растут отдельные капли конденсата. Скоростная киносъемка показывает, что рост возникающих капелек в начальный период идет с очень высокой скоростью. Затем по мере увеличения размера капель скорость их роста постепенно снижается. При этом одновременно наблюдается непрерывно идущий процесс взаимного слияния капель. В итоге, когда отдельные капли достигают размера примерно одного или нескольких миллиметров, они скатываются с поверхности под влиянием силы тяжести. Общая плотность капель на поверхности конденсации увеличивается по мере возрастания температурного напора А^ = ts—tc. Наблюдения показывают, что при малых Д^ капельки конденсата зарождаются в основном на разного рода микроуглублениях и других элементах неоднородности поверхности (причем в первую очередь на тех, для которых локальные условия смачивания и работа адгезии имеют повышенное значение). При увеличении А? на поверхности конденсации может возникать, кроме того, очень тонкая (около 1 мкм и менее) неустойчивая жидкостная пленка. Она непрерывно разрывается, стягиваясь во все новые капельки, и восстанавливается вновь. При этом число капель на поверхности резко увеличивается.

Химическая гетерогенность поверхности сплава оказывает влияние также на скорость процесса восстановления окислителя из раствора, сопряженного е процессом окисления (растворения) сплава. Поэтому на отдельных участках сплава скорость катодного процесса при одном и том же потенциале, строго говоря, будет различной. В случае физической неоднородности поверхности (выход на поверхность кристаллитов с разной ориентацией граней) скорость восстановления окислителя (например, Н3О*-иона) может быть близка по величине. В присутствии ингибитора различие также может стать существенным из-за разной адсорбционной способности кристаллографических граней [25].

С помощью дефектоскопов выявляются также структурные неоднородности поверхности, связанные с воздействием . повышенной т ем-пературы или деформацией.

Наблюдаемое различие кинетических характеристик процесса пытаются связать [ 111 с изменением природы замедленной и предшествующих ей стадий при изменении активности поверхностных атомов железа, определяемой субструктурой металла (в частности, концентрацией дислокаций). При этом было высказано предположение [12], что вследствие неоднородности поверхности железа даже на одном и том же образце в общем случае возможно протекание растворения по двум различным механизмам. В зависимости от потенциала растворение железа осуществляется преимущественно либо по одному из них, либо по другому. Это приводит к появлению на поляризационной кривой двух участков с различными наклонами, причем потенциал точки перегиба на кривой зависит от активности поверхности электрода. Предположение об одновременном растворении железа по двум механизмам было использовано [12] и для объяснения наблюдаемых иногда [13] нецелочисленных значений порядка реакции растворения железа по ионам ОН .

пературе же 330° С и отсутствии упаривания сталь 18-8 разрушается от щелочной хрупкости уже при концентрации гидроокиси натрия 1,4 Н [111,128]. В этих условиях ненапряженные сварные образцы разрушаются вследствие наличия внутренних остаточных напряжений по шву и в пришовной зоне. В отличие от коррозионного растрескивания в растворах хлоридов щелочная хрупкость, по мнению ряда авторов [111,129; 111,130; 111,131], может иметь место в деаэрированных растворах. П. П. Сноудон [111,132] показал, что время до разрушения образцов уменьшается с ростом концентрации гидроокиси калия или натрия, величины напряжения и температуры. Разрушения наблюдаются также и в перегретом паре, причем время до разрушения образцов уменьшается с падением давления. Из изложенного выше следует, что появление щелочной хрупкости может быть вызвано уменьшением области пассивации, увеличением концентрации щелочи и возможностью попадания потенциала отдельных участков напряженного металла в активную область (либо-вследствие неоднородности поверхности металла, либо вследствие флуктуации самого- потенциал а).