HomeСложные металлы › Факторы, влияющие на пластичность и сопротивление деформации тугоплавких металлов

Факторы, влияющие на пластичность и сопротивление деформации тугоплавких металлов

Факторы, влияющие на пластичность и сопротивление деформации тугоплавких металлов Пластичность и сопротивление деформации металлов в процессе обработки давлением зависят от химического состава, общих условий напряженно-деформированного состояния, способа получения заготовок перед деформацией (плавка, порошковый метод и др.), а следовательно, кристаллической структуры, чистоты и др.

 

Существенное влияние на пластичность оказывают присутствующие в техническом металле концентраторы напряжения — пустоты, включения, трещины и пр., а также взаимодействие между зернами различной ориентировки, образующимися разными фазами, что создает возможность зарождения разрушений (отрывов и срезов) и возникновения трещин в процессе пластической деформации.

 

Большую роль в повышении пластичности при деформации тугоплавких металлов играет дробность деформации, что хорошо иллюстрирует, например, процесс ротационной ковки.

На пластичность при высокотемпературной обработке тугоплавких металлов давлением громадное влияние оказывают внешняя среда обработки — вакуум, инертный газ, воздух, а также температурно-скоростные условия деформации, влияющие на рекристаллизацию и диффузионные процессы.

 

На пластичность существенное влияние оказывает контактное трение и в связи с этим большую роль играет применяемая смазка, которая не только понижает контактное трение, но и, проникая в поверхностные слои металла, участвует в механизме деформации.

 

Ниже рассмотрено влияние некоторых из указанных факторов на пластичность и сопротивление деформации тугоплавких металлов.

1. влияние примесей внедрения

При рассмотрении физико-химических и механических свойств тугоплавких металлов отмечалось, что их пластичность во многом зависит от типа пространственной решетки, характера межатомного взаимодействия и электронной структуры.

 

В металлах группы VIA, имеющих объемноцентриро-ванную решетку (ОЦК), при температуре минус 200° С (жидкий азот) из трех возможных плоскостей скольжения (110), (112), (123) практически действует лишь одна (ПО), что не наблюдается в металлах, имеющих гра-нецентрированную кубическую решетку (ГЦК). Однако это различие нельзя объяснить только изменением кристаллографических индексов плоскостей скольжения; большую роль играет чистота металла.

 

Например, монокристаллический молибден\’ высокой чистоты сохраняет пластичность до температуры минус 268,8° С, в то время как молибден, имеющий чистоту 99,94%, деформируется лишь при температурах не ниже минус .63° С. Следовательно, на пластические свойства.тугоплавких металлов особенно отрицательное влияние оказывают различные примеси и в первую очередь, примеси внедрения (водород, кислород, азот, углерод).

 

Тугоплавкие металлы проявляют большую химическую активность при взаимодействии с кислородом, азотом, водородом и углеродом, в результате чего образуются либо твердые растворы внедрения (если не возникает состояние предельной растворимости), либо двухфазные сплавы с наличием в насыщенной матрице твердого раствора соединений металлов в виде карбидов, окислов, нитридов и гидридов.

 

Данные о предполагаемом .пределе растворимости элементов внедрения при комнатной температуре в некоторых тугоплавких металлах, приведенные в табл. 16, показывают, что в металлах с одним и тем же кристаллическим строением равновесное содержание примесей внедрения может колебаться от 1,0 до 10~5%. При этом растворимость уменьшается от группы IVA к группе VIA периодической системы элементов.

 

Если содержание примесей внедрения не превышает предела растворимости, тугоплавкие металлы пластичны при низких температурах. Пластическая деформация определяется характером движения, дислокаций, поэтому взаимодействие последних с вакансиями, атомами примесей внедрения и другими дефектами имеет важное значение для объяснения механизма низкой технологической пластичности металлов группы VIA.

 

Известно, что примеси внедрения стремятся окружить структурные дефекты в металлах (дислокации, вакансии и др.), создавая вокруг них облако из атомов примесей (так называемые атмосферы Коттрелла).

 

Вокруг дислокаций в металлах образуется силовое поле, вызванное упругими искажениями кристаллической решетки; наличие такого силового поля оказывает влияние на чужеродные атомы, образующие твердый раствор с основным материалом.

 

При малых концентрациях примесей влияние «облака» на механические свойства металлов невелико. Однако при наличии насыщенного «облака» вокруг дислокации для начала пластической деформации необходимо приложить более высокие напряжения, чем при равномерном распределении примесей.

 

Это объясняется тем, что «облако», окружающее дислокацию, оказывает значительное влияние на усилие, необходимое для перемещения дислокаций: в то время как дислокация перемещается под влиянием действующих напряжений сдвига, движение «облака» происходит вследствие диффузии атомов примесей. Поэтому малоподвижные при низких температурах «облака» тормозят движение дислокаций.

 

При деформации кристалла с дислокациями, около которых образовано «облако» примесей, наблюдаются два типа движения дислокаций: при низких скоростях деформации облако движется вместе с дислокацией, при высоких скоростях деформирования и низких температурах атомы примесей не смогут передвигаться вслед за дислокацией. В последнем случае для совершения акта сдвига дислокация должна освободиться от облака примесей, а это требует повышения напряжений до тех пор, пока дислокации не будут вырваны из облака примесей и не получат легкую подвижность.

 

Образование атмосферы Коттрелла приводит к значительному температурному изменению предела текучести металлов с ОЦК решеткой в области сравнительно низких температур. При повышении температуры диффузионное движение атомов примесей уменьшает концентрацию их около дислокации и, следовательно, помогает освобождению дислокации от «облака» примесей. При этом достаточно оторваться от «атмосферы» лишь небольшому участку дислокации, как он, перемещаясь, постепенно освобождает отстающие ветви.

 

Атомы примесей внедрения, располагаясь в ОЦК решетке в центрах граней и посредине ребер, вызывают тетрагональные искажения с более значительной относительной деформацией решетки, чем в случае гранецентри-рованной кубической структуры. Большое значение имеет и энергия взаимодействия атомов примесей с дефектами кристаллической решетки (дислокациями и вакансиями) .

 

Отмеченное явление блокирования дислокаций примесями внедрения резко повышает предел текучести вольфрама и молибдена. Повышение концентрации примесей в пограничной зоне, особенно, при наличии элементов внедрения, обладающих высокой скоростью диффузии, вызывает охрупчивание металлов.

 

Наличие примесей может значительно ухудшать электро- и теплопроводность тугоплавких металлов, свариваемость и другие физические и технологические их свойства. Однако в особых случаях и в небольшом количестве примеси могут оказывать весьма благоприятное влияние на свойства тугоплавких металлов, например выполняя роль раскислителей и тем самым улучшая пластические свойства металлов, либо роль легирующих добавок, вызывая упрочнение вследствие образования твердого раствора или выпадения в матрицу твердого раствора мелкодисперсных выделений (окислы, карбиды).

 

Поэтому детальное изучение взаимодействия примесей внедрения с тугоплавкими металлами и их влияние на свойства последних представляют существенный научный и практический интерес.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.