1 Физические основы термического разупрочнения и ускоренного разрушения.
Физические основы термического разупрочнения.
Несмотря на определенное сходство обычной (низкотемпературной) прочности и жаропрочности, между ними имеются существенные различия и – главное – влияние повышенной температуры и возможность развития рекристаллизации.
Реальным способом борьбы с термическим разупрочнением является создание высоколегированных сплавов на основе тугоплавких металлов, поскольку между температурами рекристаллизации, плавления и степенью легирования существует следующая связь:
Тр = α·ּТпл.,
где α – коэффициент, зависящий от содержания легирующего элемента.
Для очень чистых металлов α·~ 0,2;
металлов технической чистоты α·~ 0,2-0,3;
низколегированных сплавов α·~ 0,3-0,4;
среднелегированных сплавов α·~ 0,5-0,6;
высоколегированных сплавов α·~ 0,7-0,8.
В общем случае при высоких температурах, больших0,3 Тпл. может произойти практически не предсказуемое изменение структуры и свойств материала, что снижает его ценность как конструкционного материала. Практика разработки жаропрочных сплавов показывает, что влияние температурного фактора связано с его воздействием на сам механизм сопротивления пластической деформации и разрушению. Прежде всего, в результате термического расширения изменяются следующие параметры:
- увеличивается период кристаллической решетки,
- ослабляются межатомные связи,
- уменьшается модуль Юнга,
- снижается жесткость и несущая способность материала, а также все его прочностные характеристики.
Кроме того,
- ускоряются диффузионные процессы;
- усиливается миграция атомов и вакансий;
- увеличивается растворимость элементов и упрочняющих фаз;
- снижается эффективность влияния препятствий движению дислокаций.
Если препятствия для движения дислокаций имели критическую степень дисперсности, то при воздействии высоких температур вероятна их коагуляция и развитие процессов перестаривания, которые приводят к разупрочнению сплава. Кроме того, в этом случае снимается упрочнение, созданное различными видами предыдущей обработки, происходит перераспределение дислокаций, их аннигиляция и рекомбинация, что также снижает прочностные характеристики материалов.
-
а
ба – медь; б – алюминий
Рисунок –7.2 Полосы скольжения на разных стадиях пластической деформации
Разупрочняющее действие температурного фактора проявляется также в его влиянии на геометрию пластической деформации. При низких температурах пластичность в основном развивается за счет возникновения новых полос скольжения, а при высоких – их значительно меньше, в то же время смещение в одной полосе гораздо больше, сами полосы становятся много шире и контрастнее (рисунок 7.2 а,б). Кроме того, с повышением температуры происходит интенсивное разупрочнение материала в полосах скольжения и дальнейшее увеличение деформации происходит не за счет образования новых очагов скольжения, а за счет развития уже образованных.