Сверхпластичность (стр. 2 из 3)
В настоящее время фактически все эксперименты в области микродеформации проводят в условиях, предусматривающих предварительную деформацию, для того, чтобы достичь некоторого выравнивания. Это несколько изменяет условия образования замкнутых петель, как показано на рис. 3, в. Предположим, что образец предварительно достаточно деформировандля получения замкнутой петли, начиная и заканчивая при
=0. Предположим условное предварительное напряжение 
и получим замкнутые петли в новых координатах 
. Первые два испытания, начинающиеся от , приводят к получению остаточной деформации, а третье - дает замкнутую петлю. Теперь повысим до 
, которое представляет минимальное напряжение, требующееся для того, чтобы попасть в точку p‘, лежащую на пересечении исходной петли гистерезиса с новой осью деформации 
. Если в данном случае образец нагружают циклически до напряжений в диапазоне от 
до
, то все равно будут получаться замкнутые петли гистерезиса, если мы будем возвращаться к новому «нулевому» напряжению . Если нужно изменить «нулевое» напряжение, то снова следует пройти через аналогичный последовательный переход к замкнутым петлям.Интересно заметить, что всегда можно измерить
, если оно существует, независимо от предварительного нагружения, до тех пор покапредварительная нагрузка ниже .Рассмотрев некоторые параметры, служащие для описания микродеформации, перейдем к рассмотрению эффектов, которые могут быть описаны с использованием микродеформации.
Роль величины зерна. Многие теории влияния величены зерна на макроскопический предел текучести рассматривают образование скоплений дислокаций у границ зерен. Плоское скопление дислокаций вызывает концентрацию напряжений, причем коэффициент концентрации пропорционален квадратному корню из длины скопления. Теоретические данные предсказывают, что в соответствии с результатами экспериментов:
где d - диаметр зерна. Теория может быть проверена более детально с помощью измерений микродеформации, связанной с образованием плоских скоплений дислокаций.
Рис. 4. Кривые деформации железа, полученные при непрерывной записи, показывающие влияние размера зерна на начальную часть кривой. Испытания при комнатной температуре. Диаметр зерна: 1 - 0,044 мм; 2 - - 0,074; 3 - 0,111; 4 - 0,14
Рис. 5. Квадратичная зависимость между напряжением и пластической деформацией для железа при различном размере зерна. Диаметр зерна: 1 - 0,044 мм; 2 - 0,074; 3 - 0,111; 4 - 0,14
Было показано, что предшествующая текучести микродеформация связана с приложенным напряжением соотношением
где
- микропластическая деформация; 
- напряжение генерации дислокаций от источника внутри зерна; 
- приложенное напряжение;d - диаметр зерна;
- плотность источников;G - модуль сдвига;
B - постоянная величина, равная приблизительно 1/2. Уравнение основано на следующих предположениях:
* выстроившиеся в ряд дислокации генерируются источником внутри зерна;
* выстроившиеся в ряд дислокации создают обратное напряжение, действующее на источник, причем его величина пропорциональна числу дислокаций в скоплении, которое в свою очередь обратно пропорционально диаметру зерна;
*
- количество источников в единице объема постоянно и не зависит от размера зерна.Данные, полученные на меди и железе, согласуются с теоретическими результатами. На рис. 4 показано влияние размера зерна на начальную часть кривой напряжение - деформация, а из рис. 5 видно, что как и предполагалось,
линейно зависит от 
. Кроме того, наклон кривых на рис. 4 изменяется пропорционально 
. Такие материалы, как Fe-Si, серебро, алюминий и 
-латунь не соответствуют приведенной выше теории и можно заключить, что избранная модель не применима к этим материалам по следующим причинам:* дислокации могут генерироваться у границ зерен, как в случае сплава Fe-Si;
* внутризеренная субструктура может стать существенным препятствием для скольжения и плоские дислокационные скопления с дальнодействующими полями напряжений не могут образовываться у границ зерен.
Верхний и нижний пределы текучести. Существуют две точки зрения на верхний и нижний пределы текучести. Одна основана на сильном закреплении всех дислокаций и внезапном скачке деформации при генерации источников или освобождении этих дислокаций. Другая основана на динамическом размножении небольшого числа начальных дислокаций, которые сначала движутся при низком напряжении и, соответственно, с низкой скоростью.
В предельном случае теория, основанная на сильном закреплении дислокаций, предполагает, что микродеформация не будет наблюдаться, пока напряжение не станет примерно равным верхнему пределу текучести. В теории динамического размножения верхний предел текучести соответствует случаю, при котором скорость упругой деформации равна скорости пластической деформации; поэтому предполагается большая величина микродеформации, предшествующей верхнему пределу текучести, причем микродеформация должна впервые наблюдаться при напряжении заметно ниже верхнего предела текучести. Не вызывает сомнения, что данные, полученные на германии, кремнии и фтористом литии, подтверждают идею динамического размножения
Гилмана - Джонстона, но о каждом материале следует судить отдельно. Эксперименты по микродеформации показали, что сталь, содержащая 0.95% С, со сфероидальной структурой ведет себя вполне упруго вплоть до верхнего предела текучести, по крайней мере при чувствительности аппаратуры по пластической деформации около
. Поведение этого материала подтверждает идею о связи верхнего придела текучести с внезапной генерации большого числа дислокаций. Зуб текучести (величина падения напряжения) - чувствительная функция соотношения между действующим напряжением и скоростью дислокаций. В случае сильного закрепления, вызванного выделением частиц карбида железа на исходных дислокациях в стали со сфероидальной структурой, может получиться так, что при достижении верхнего предела текучести будет происходить генерация новых дислокаций, а не освобождение старых.Хрупкие материалы. Метод микродеформации - это потенциальный способ изучения скольжения в хрупких материалах. В экспериментах с макродеформацией разрушение происходит раньше, чем наблюдается пластическое поведение. На рис. 6 приведены данные по прочности мартенсита при комнатной температуре в зависимости от температуры отпуска. Так как деформация при измерении напряжения микротекучести
была мала, все данные рис. 6 получены для одного образца.Рис. 6. Изменение микроскопического предела текучести и твердости закаленной стали 4140 при отпуске. Закалка с 855°С: