HomeОбработка стали › Хладноломкость металла

Хладноломкость металла

Хладноломкость металлаНекоторые металлы при низких температурах охрупчиваются. Физическая природа того, почему одни металлы хладноломкие, а другие нет, окончательно не установлена. Распространено мнение, что хладноломкость свойственна только металлам с о. ц. к., п. г. и с другими менее симметричными решетками; металлы с г. ц. к. решеткой не хладноломки, так как у них предел текучести при понижении температуры практически не возрастает и поэтому не превышает величины хрупкой прочности по схеме Иоффе.

 

Однако из этого правила есть немало исключений: иридий с г. ц. к. решеткой хладноломок, а натрий, калий, тантал с о.ц. к. решеткой и кадмий с п. г. решеткой пластичны вплоть до температур, близких к абсолютному нулю. Потеря пластичности при понижении температуры препятствует применению ряда металлов и сплавов в полярных условиях и в космосе.

 

Поэтому проблему хладноломкости интенсивно изучают в СССР и за рубежом, однако до сих пор нет единого мнения о ее причинах. Указывалось, что металлы VA и VIA подгрупп с о. ц. к. решеткой склонны к потере пластичности при охлаждении; хладноломко железо и некоторые металлы с плотной гексагональной упаковкой; цинк, кадмий, магний, рутений и осмий. Переход металлов в хрупкое состояние как правило, обусловлен наличием примесей по границам зерен.

 

По данным работы , так называемая «теория порчи границ зерен», сводящая это явление к присутствию в металлах примесей, выделяющихся по границам зерен ниже порога хладноломкости, справедлива лишь в некоторых частных случаях. Эти случаи не типичны, так как при хладноломкости чистых и очень чистых металлов никогда не наблюдается интеркристаллитного излома, а возникновение транскристаллитного излома нельзя объяснить, исходя из гипотезы «порчи границ зерен».

 

У хладноломких металлов существуют атомы разных сортов (изотопы). Эти различия обусловливают развитие процесса упорядочения, что и приводит к возникновению хладноломкости.

В работе  указано, что для металлов с о. ц. к. решеткой в отличие от металлов с г. ц. к. решеткой характерны:

1) чрезвычайно большое возрастание предела текучести при температурах ниже -23°С;

2) частое появление на кривых деформации так называемого зуба текучести, который, вероятно, связан с блокировкой дислокаций примесями внедрения — углеродом, азотом и др.;

3) частые случаи резкого ограничения деформации скольжением и увеличения деформации двойникованием.

 

Пока не решен вопрос, являются эти отличия результатами взаимодействия дислокаций с примесными атомами или они отражают фундаментальные свойства о. ц. к. решетки.

Механические свойства металлов с п. г. структурой рассматриваются как средние между свойствами металлов с г. ц. к. и о. ц. к. структурой. Предполагается, что у металлов с п. г. структурой максимальная пластичность должна наблюдаться при отношении с:а=Л,6.

 

Основной физической причиной низкотемпературной хрупкости, как полагают, является резкая температурная зависимость критического напряжения сдвига. Как правило, разрушение металлов с о. ц. к. решеткой ниже температуры перехода к хрупкости начинается на границе зерна независимо от того, каков характер разрушения: внутри-или межкристаллитный.

 

Слабость границ зерен — вторая причина низкотемпературной хрупкости [24]. Тип кристаллической решетки не имеет значения [25]. Главное — это ориентация сил поверхностного натяжения на полости вскрывшейся трещины. Если параметр решетки мал, то независимо от типа кристалла поверхностные силы способствуют разрушению; если параметр решетки велик, то металл не склонен к хрупкому разрушению.

 

 

Металлы, склонные к хладноломкости: цинк, хром, железо, кадмий, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий; металлы, сохраняющие вязкость при любых температурах: медь, алюминий, свинец, никель, серебро.

 

По данным работы, пластичность металлов при низких температурах (0,1 Тпл) зависит от энергии дефектов упаковки (ЭДУ); явление низкотемпературной хладноломкости выражено лишь у металлов с высокой ЭДУ (у металлов с о. ц.\’к. решеткой — вольфрама, молибдена, железа; у металлов с г. ц. к. решеткой — алюминия, иридия, родия).

 

Считается, что пластическая деформация может протекать только в металлах и обусловлена наличием металлической межатомной связи; неметаллические кристаллы с направленной ковалентной или ионной связью между атомами не способны к пластической деформации.

 

Склонность тугоплавких металлов VA — VIA подгрупп к хрупкому разрушению обусловлена наличием жестких орбитальных связей вдоль ребер о. ц. к. кри-. t сталлов, что наиболее резко проявляется при загрязнении примесями внедрения. В щелочных металлах с о. ц. к. структурой эти связи невелики и основную энергию решетки составляет компонента металлического взаимодействия. При переходе  от щелочных металлов к металлам VA и VIA подгрупп  усиливается перекрывание р-орбиталей, т.е. усиливается компонента ковалентной обменной связи.

 

Атомы примесей внедрения в металлах с о. ц. к. структурой занимают преимущественно оллаэдрические поры, т. е. середины ребер. Ионы водорода, азота, углерода, бора, имеющие малые сферические оболочки Is2, могут быть захвачены в область перекрытия двух орби-талей.

 

Возникает прочная трехцентровая двухэлектронная связь, усиливающая жесткость обменной связи по ребру объемноцентрированного куба. Признаки ковалентных связей наблюдаются также у кристаллов, цинка, кадмия и ртути

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

Comments are closed.