3.6 Механізм зміцнення когерентними частинками

Теорія Мотта-Набарро на підставі розрахунків пружної взає­модії встановлює взаємозв' язок між зміцненням та полями внутрішніх напружень, які виникають навколо частинок, що перешкоджають пе­ресуванню дислокацій.

Між параметрами граток матриці та дисперсної частинки - існує невідповідність (3).

Навколо частинки виникає поле напруг з деформацією є за ра­хунок різних питомих об' ємів матриці та частинки

= 3К3 8=[3К + 2Е(1 + У)]' де К, Е - модулі пружності; V - коефіцієнт Пуассона; 3 - коефіцієнт невідповідності граток.

8-Г3

Зсувна деформація: у = —з— ,

А3

де г - радіус частинки

А - середня відстань між частинками;

1

Я = 2№у , Му - кількість частинок в одиниці об'єму.

Зсувна деформація:   у = 8 ■ Є ■ г ■ Му де / - об'ємна кількість частинок

/ = 4п-г3 ■ Му => г3 = ^— 3 У 4пМу

7 = 2-Є-/

Зміна зсувних напружень за рахунок дисперсних частинок:

тд ,ч , = 7х &м

Тдч = 2■ Є■ / ■ Ом (для монокристалів)

Взаємодія з дислокаціями на межі „матриця - дисперсна час­тинка".

При переході через міжфазну межу від матриці до дисперсної частинки, де змінюється вектор Бюргерса, утворюється поріг - дисло­кація невідповідності з гвинтовою орієнтацією, напрямок легкого ско­взання нової дислокації не співпадає з напрямком крайової, цим зумо­влено зміцнення.

У випадку, коли дисперсна частинка деформується при перері­занні дислокацією, крім появи дислокації невідповідності збільшуєть­ся поверхня дисперсної частинки, на утворення якої необхідно втрати­ти енергію, внаслідок чого відбувається зміцнення (рис. 3.11).

Ьм>Ьв.ч.

Кут разорієнтування близький до 0, 8 ~ 0 . В реальному випадку 8 Ф 0 , перехід дислокації з площини сковзання матриці (М) в площи­ну сковзання дисперсної частинки (Д.Ч.) буде супроводжуватись утво­ренням порогів на дислокації, цей процес викликає зміцнення.

В сплавах всі ці процеси діють одночасно.

Частинки, когерентно пов' язані з твердим розчином, зміцнюють сплав, утворюючи перешкоди при сковзанні дислокацій при значнихшвидкостях деформування. Невеликі швидкості деформування при підвищених температурах створюють умови для переповзання дисло­кацій у сусідні площини ковзання, що зумовлено дифузією вакансій або міжвузельних атомів в області краю екстра площини.

т

Уповільнення дифузії - основний фактор зростання <7Т при ви­сокій температурі.

У випадку некогерентних частинок (8 >>0) спостерігається процес огинання. При огинанні навколо частинок виникають дислока­ційні петлі (механізм зміцнення за Орованом).

= Т Тогин. = Ь(Я/2)'

де Я - середня відстань між частинками; Ь - вектор Бюргерса; Т - натяг під дією напруження (Т);

Ь

Од.ч. = 2аМОм

де а - коефіцієнт пропорційності (залежить від типу гратки); М - орієнтаційний множник.

а, М враховують в якій площині та в гратці якого типа прохо­дить сковзання дислокацій.

Вплив легування на зміцнення може бути описаний через кіль­кість частинок в одиниці об'єму -/- та Я - середню відстань між ними.

1. Приклад.

/. Сталь 40 + 2%Сг

//. Сталь 40 + 0,2%У

У випадку I приблизно 0,5х[Сг] - іде на утворення карбідів; переважно формується карбід типу [Сг,Гє]7С3. Об'ємна кількість цієї фази / = 2%, середній розмір 200 нм, відстань між частинками Я =

1024 нм.

У випадку II весь У іде на утворення УС: 1 х[У}/ = 0,35%,Х = 30 нм,Я = 360 нм .

Тд.ч. > т\м, . Отже ефект зміцнення пов'язаний із природою час­тинок та їх розподілом в сплаві. Дисперсні частинки, незважаючи наменшу об' ємну кількість, є більш ефективними зміцнювачами через меншу відстань між ними, такі частинки є перешкодою при просуван­ні дислокацій.

2. Приклад.

Структура: у + у( №3( АІ,Ті)) Вц<Бі - дифузійна рухомість

Більшим рівнем міцності характеризується II варіант, дифузія

3. Приклад: після термічної обробки сплаву за режимом I (го­могенізація) в структурі сплаву:

Після гомогенізації - у -твердий розчин + У Після гартування - у -твердий розчин Після старіння - у + у Яі > Ял; Хі > Хц .

Зміцнення (Ті < (Тц .

Експериментально доведено, що більшого зміцнення досягають при утворенні некогерентних меж, оскільки це супроводжується вини­кненням фазового наклепу. Але втрата когерентності при підвищеній температурі зумовлює прискорення коагуляції та коалесценції фази, що негативно впливає на стабільність структури.

Модель Фішера є справедливою для невеликих деформацій. Вважається, що дислокація не змінює напрямок ковзання, дислокацій­на петля, яка утворюється при подоланні перешкод у вигляді части­нок, та дислокація знаходяться в одній площині (рис.3.12)

Рисунок 3.12 - Послідовні етапи подолання дислокацією дисперсної частинки, розміри якої більші за радіус кривини дислокації в полі напруження

 

Структура: у + у( №3( АІ,Ті))

П. № -15Сг - 3,5Ті - 1,5А1 + 2%Мо(1%\¥)

при цьому загальмована \¥(Мо).т = т0 + 6в/3І2у о = оо + 6М2в/3І2є Модель Ешбі враховує можливість переповзання дислокаційних петель (рис.3.13), під час руху дислокація здатна змінювати площину ковзання.

І Ж

 

т = То + 6 сЄ{/Ь/х )1/2г12

о = Оо + 6сМ 32в{/ Ь/х )112 є1!2 Остаточно, навколо частинки виникають дислокаційні призма­тичні петлі, що підвищують міцність.