Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Выбор материалов и технологий в машиностроении

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛОВ

Прочность определяется сопротивлением материала пластическому деформированию, т.е. характеризуется напряжением, необходимым для сдвига одной части кристаллической решетки относительно другой. Чтобы под действием напряжений сдвига произошло одновременное смещение двух рядов атомов относительно друг друга, необходимо преодолеть силы межатомного взаимодействия всех перемещающихся атомов. Такое напряжение сдвига определяет теоретическую прочность металла по Френкелю

ттеор= (а / d) х (G/ 2к), (2.14)

где а — межатомное расстояние в направлении скольжения; d — межплоскостное расстояние; G — модуль сдвига матрицы.

Учитывая, что для большинства металлических решеток отношение а/d близко к единице, ттеор = (7/2л, т. е. теоретическая прочность приблизительно в 6 раз меньше модуля сдвига. Например, для железа (G = 82 000 МПа) теоретический предел текучести должен составлять примерно 13 000 МПа, тогда как в действительности у отожженного железа от= 100 МПа, т.е. более чем в 100 раз ниже. В теории Френкеля не учтена зависимость модуля сдвига от направления сдвига в кристаллической решетке. Маккензи определил теоретическую прочность в зависимости от системы скольжения. По его расчетам значение теоретической прочности для металлов с ГЦК решеткой составляет ттеор = 0,039 G. Расчеты Келли для металлов с ОЦК решеткой дают хтеор = 0,1 G.

В любом случае прочность реальных кристаллов составляет (10~3-10-4) G и оказывается на два-три порядка ниже теоретической. Причину такого расхождения между теоретической и технической прочностью объясняет дислокационная теория, рассматривающая сдвиг в процессе пластической деформации как результат перемещения дислокаций, что происходит при существенно меньших напряжениях, чем при одновременном смешении всех атомов.

Таким образом, в бездефектном кристалле при отсутствии дислокаций сдвиг происходит за счет одновременного смещения всех атомов, и прочность такого металла будет близка к теоретической. При увеличении плотности дислокаций сдвиг будет происходить легче и прочность окажется ниже теоретической.

Следовательно, основной принцип повышения прочности реальных металлов связан с созданием препятствий или барьеров на пути движущихся дислокаций. Этими барьерами могут быть примесные атомы, дислокации, границы зерен и субзерен, вторичные дисперсные фазы. В связи с этим для упрочнения металлов и сплавов применяются широко известные способы воздействия на структуру: введение в решетку посторонних атомов путем легирования или химико-термической обработки, увеличение плотности дислокаций путем наклепа, измельчение зерна и создание ячеистой субструктуры, выделение упрочняющих фаз (дисперсионное твердение) в результате термической обработки.

Наиболее эффективное упрочнение сталей и сплавов может быть реализовано путем целенаправленных технологических воздействий на структуру металлов для решения следующих задач:

  • • увеличения плотности дислокаций и создания дислокационной субструктуры для увеличения сопротивления сдвигу;
  • • блокировку подвижных дислокаций и закрепления субструктуры путем создания сегрегации растворенных атомов либо путем выделения дисперсных фаз.

Таким образом, пути повышения прочностных свойств сплавов заключаются в разработке упрочняющих технологий, обеспечивающих формирование такого структурного состояния материала, при котором максимально реализуются основные принципы дислокационной теории упрочнения.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы