 |
Дисперсионное и дисперсное упрочнение
|
|
|
|
Частицы избыточных фаз могут еще более существенно, чем растворенные атомы, влиять на пластическую деформацию во всем интервале гомологических температур. Обычно в сплавах они находятся в окружении матрицы – твердого раствора на базе основного металла – и являются эффективными барьерами для скользящих в матрице дислокаций.
Дисперсные смеси можно создать двояким образом:
а) закалкой и старением;
б) методами порошковой металлургии.
Соответственно, упрочнение, достигаемое за счет выделения дисперсных включений в процессе термообработки называется дисперсионным, а за счет введения дисперсных частиц в исходную шихту, последующего формования и спекания – дисперсным.
Несмотря на это, механизмы торможения дислокаций при пластической деформации для данных вариантов упрочнения общие. Некоторые особенности состоят в различии межфазных границ «частица-матрица».
В дисперсионноупрочненных материалах эта граница может быть когерентной, полукогерентной и некогерентной (рис.8, а, б, в). В дисперсноупрочненных материалах межфазная граница всегда некогерентна. Отличия данных типов межфазных границ:
- когерентная граница наблюдается между фазами, имеющими одинаковые типа решеток с близкими параметрами, сопряжение полное;
- полукогерентная граница возникает в случае частичного сопряжения решеток, для полного сопряжения необходимо ввести дислокации;
- некогерентная граница возникает между фазами с различным типом решетки, параметром. Для сопряжения требуется переходная решетка и зернограничные дислокации
а б в
Рис. 8
Оптимальные (с точки зрения торможения дислокаций) условия: расстояния между частицами <0,1 мкм, размер частиц <0,01 мкм.
|
|
|
Когда при равномерном распределении частиц в объеме сплава движущаяся дислокация встречается с частицей, существуют две возможности: перерезание частицы и обход частицы дислокацией (механизм Орована). Реализуется тот процесс, для протекания которого необходимо наименьшее напряжение.
Перерезание частиц. Модельное представление (рис. 9) предусматривает два предположения: а) дислокации негибкие, б) частицы сферические.
Рис.9. Перерезание частиц дислокацией
Дополнительные напряжения, необходимые для перерезания частицы:
Dt=pEd/bD,
где Е – энергия вновь образующейся поверхности, возникающей в результате перерезания; D – расстояние между двумя частицами; d – диаметр круга, возникающего в результате среза частицы; b – вектор Бюргерса.
Механизм Орована. Если частицы представляют собой непреодолимое препятствие, то в процессе пластической деформации линия дислокации изгибается (рис. 10).
Необходимое для осуществления этого процесса дополнительное напряжение определяется по формуле
Dt доп= Gb/(D—d), D>>d.
Обычно действует в случае частиц порядка 0,05 мкм. Отсюда следует, что чем плотнее- расположены частицы, тем больше они противодействуют движению дислокаций (труднее ей прогнуться и обогнуть частицу).
Рис. 10. Огибание частиц дислокацией Рис. 11. Перерезание частицы с образованием по Оровану парных дислокаций
Перерезание частицы с образованием парных дислокаций. Частицы когерентные, упорядоченные, диаметром порядка 0,1 мкм (рис. 11). В упорядоченных частицах образованная дислокацией 1антифазная граница устраняется дислокацией 2. Остающаяся антифазная граница между дислокациями 1 и 2 пытается стянуть обе дислокации. При этом увеличивается также сила отталкивания при сближении дислокаций. В равновесии эти силы приблизительно равны.
Критерии механизмов:
|
|
|
Dt доп < Dt – механизм Орована
Dt доп = Dt – переходное состояние между двумя механизмами.
Dt доп > Dt – механизм перерезания.
|
|
|
