ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние температуры, скорости деформации и характера напряженного состояния на величину адсорбционного эффекта из "Физико-химическая механика металлов" На рис. 6 приведены типичные кривые растяжения монокристаллов свинца в неактивной и активной средах. Весь процесс растяжения монокристаллов свинца в активной среде проходит при значительно, меньших растягивающих усилиях, и разность в разрывных напряжениях ДР, принимаемая за меру адсорбционного эффекта, достигает почти 30%. [c.25] Однако при другом режиме растяжения величина адсорбционного эффекта снижается, что видно из рис. 7, представляющего диаграмму растяжения свинца при иной скорости деформации. [c.25] Важный результат получен при. сравнении адсорбционного действия на кристаллы свинца трех поверхностно-активных веществ олеиновой кислоты, пальмитиновой кислоты и цетилового спирта. Все эти поверхностно-активные вещества дают максимум адсорбционного эффекта при одних и тех же скоростях деформации, что указывает на единый механизм их действия. Из этих веществ цетиловый спирт заведомо не дает химической адсорбции на металле, а олеиновая и пальмитиновая кислоты, вообще говоря, могут образовывать химические соединения с металлами (например, олеат и пальмитат свинца), особенно на окисленных поверхностях. То обстоятельство, что кислоты и спирты дают адсорбционный эффект одинаковой величины, показывает, что он локализован на свежеобразованной, неокисленной поверхности металла. [c.26] Для монокристаллов олова при 20° С максимум адсорбционного эффекта лежит при скорости деформации около 5% мин . При повышенной температуре (100° С) максимум смещается в сторону больших скоростей. На рис. 9 дана зависимость величины адсорбционного эффекта, выраженного как разность пределов текучести АРщ— Рт)о Рт)л при растяжении монокристаллов олова, от скорости деформации при разных температурах. Величина критического скалывающего напряжения Тк = Р,п sin Xo osXo соответствующая пределу текучести, также зависит от скорости деформации. С увеличением скорости деформации критическое скалывающее напряжение монотонно возрастает, что наблюдается и при 100° С. В присутствии поверхностно-активных веществ эта зависимость имеет явно выраженный минимум, отвечающий оптимальной скорости деформации, что отдельно показано на рис. 10. [c.27] Для правильного понимания причин, вызывающих зависимость величины адсорбционного эффекта от скорости деформации и температуры, необходимо иметь в виду, что пластическая деформация монокристаллов всегда сопровождается упрочнением, затрудняющим сдвиго-образование, и отдыхом,снимающим эти затруднения. Поверхностно-активная среда, облегчающая процесс деформации, ускоряет отдых кристалла. [c.28] Следовательно, обнаруженные экспериментально оптимальные скорости деформации монокристаллов олова и свинца, при которых адсорбционный эффект максимален, отвечают условию превалирования скорости роста упрочнения над скоростью отдыха. В этих условиях активная среда, ускоряя отдых, способствует росту эффекта. Уменьшение величины эффекта при малых скоростях связано с возрастанием отдыха и соответствующим уменьшением роли поверхностно-активной среды. Уменьшение величины эффекта при больших скоростях связано с возрастающей ролью упрочнения в объеме кристалла, при этом роль поверхностных эффектов снижается. [c.28] При анализе механизма пластифицирующего действия органических поверхностно-активных сред необходимо учитывать следуюпще обстоятельства [117, 135]. [c.28] Поскольку пластическое течение кристалла есть процесс перемещения дислокаций в плоскостях скольжения и выход их на поверхность, а эффект пластификации обусловливается чисто поверхностными явлениями, в качестве основной причины наблюдаемого эффекта следует рассматривать, очевидно, взаимодействие дислокаций со свободной поверхностью кристалла [113, 116, 117]. [c.29] Будучи термодинамически неустойчивым дефектом (обладая избыточной свободной энергией), дислокация стремится выйти на поверхность кристалла. Теория упругости позволяет приближенно оценить величину силы, с которой притягивается к поверхности расположенная параллельно поверхности краевая дислокация эта сила (так называемая сила зеркального изображения ) обратно пропорциональна расстоянию от поверхности, т. е. определяется медленно меняющимся логарифмическим потенциалом [201]. Вместе с тем выход дислокации (т. е. завершение сдвига в данной плоскости скольжения) сопровождается появлением ступеньки, ширина которой в данной точке контура плоскости скольжения равна составляющей вектора Бюргерса, лежащей в плоскости скольжения нормально к контуру. Создание каждой новой ячейки поверхности требует затраты работы порядка Ъ а, где Ъ — вектор Бюргерса дислокации (единичная трансляция). Этот потенциальный барьер простирается в глубь кристалла лишь па расстояние около полуширины дислокации (порядка нескольких 6), т. е. имеет значительную крутизну, и в непосредственной близости от поверхности определяемая им сила, препятствующая выходу дислокации, может преобладать над выталкивающей силой зеркального изображения [113]. Следует полагать, что эта сила, препятствующая перемещению выходящего на поверхность конца дислокации, становится особенно существенной в том случае, когда направление линии дислокации приближается к нормали относительно контура плоскости скольжения, и сила зеркального изображения перестает играть свою роль. [c.29] Введенный в рассмотрение параметр v определяется скоростью деформации и ее микронеоднородностью (локализацией сдвигов в ряде линий скольжения) и при средних ориентировках кристаллов может быть приближенно оценен следующим образом [112, 113, 119] v—ihu/b здесь — относительная скорость растяжения, h — среднее расстояние между линиями скольжения, а фактор микронеоднородности деформации и имеет смысл отношения общего числа линий скольжения к числу активных в каждый данный момент (вообще говоря, значения величины hu могут колебаться в довольно широких пределах, например, от 10 до 10 см). [c.30] Полученный результат хорошо согласуется с экспериментальными данными Л. П. Яновой для понижения предела текучести монокристаллов олова (см. рис. 9), согласно которым адсорбционный эффект максимален нри комнатной температуре, если скорость растяжения ё = 5 — 10% мин , и при 100° С, если Е — 500% мин . [c.31] В эффекте пластифицирования значительная роль может принадлежать подповерхностным (имеющим одну точку закрепления) источникам дислокаций, напряжение начала работы которых значительно ниже, чем у источников с двумя закрепленными точками [233]. Известно, что тонкая поликристалличес-кая пленка, нанесенная на поверхность монокристалла, а также легирование тонкого поверхностного слоя способны заметно увеличить преде.л текучести образца, тормозя работу этих источников [16, 120,228]. Наоборот, при понижении о естественно ожидать повышения активности подповерхностных источников и уменьшения предела текучести. Поскольку взаимодействие такого источника с поверхностью сводится к последовательному прочерчиванию вторым (незакрепленным) концом отрезка дислокации поверхности кристалла, т. е. образованию ступеньки на поверхности, полученное соотношение для Topt остается справедливым параметр v сохраняет тот же по рядок величины и приобретает смысл числа оборотов в секунду подповерхностного источника (дислокационной спирали в механизме Франка — Рида [200]). [c.31] Механизм действия адсорбционно-активной среды может быть связан также с процессом зарождения источников дислокаций. В предложенной нами схеме размножения дислокаций в отсутствие локализованных источников [138] присутствие адсорбционно-активной среды должно существенно интенсифицировать этот процесс в том случае, когда он протекает вблизи от поверхности (схема с одним уступом), поскольку понижение свободной поверхностной энергии облегчает при этом выход дислокаций в соседние плоскости (поперечное скольжение). [c.32] Таким образом, эффект пластифицирования, представляющий собой лишь один из возможных случаев воздействия адсорбционно-активных сред на механические свойства твердого тела, уже сам но себе сложен и многообразен, связан с существованием целого спектра активационных энергий и может наблюдаться в разных интервалах температур и скоростей деформации. [c.32] Характер напряженного состояния является одним из важнейших факторов, определяющих механические свойства твердых тел в процессе деформации. При одинаковых температурах и скоростях деформации механические свойства твердых тел, и особенно металлов, могут меняться в довольно широких пределах в зависимости от распределения напряжений внутри образца. Диаграммы деформации нри неоднородном напряженном состоянии представляют собою лишь усредненные значения напряжений и деформаций в различных точках деформируемого тела- и не дают но существу никакого представления об нсАнном распределении напряжений и деформаций внутри тела. Законы, по которым происходит усреднение механических свойств в различно напряженных точках тела, обычно столь сложны, что исключают возможность выявления количественных соотношений, но качественная картина явления, особенно благодаря работам Н. Н. Давиденкова и Я. Б. Фридмана [9, 10], выяснена с достаточной полнотой. [c.32] При растяжении образцов с резким изменением ионеречного сечения неравномерность в раснределении напряжений в местах перехода весьма значительна. [c.32] Особенно наглядно это может быть проиллюстрировано опытами с растяжением образцов, снабженных кольцевыми выточками или надрезами [11]. [c.32] Для хрупких тел, разрушающихся путем отрыва, когда наибольшее главное напряжение достигает критической величины, прочность образцов, снабженных выточками, должна понижаться в той степени, в какой увеличивается местное напряжение против среднего в сечении. Влияние выточки в этом случае сводится к преждевременному образованию трещин в поверхностном слое, когда средние напряжения еще далеко не достигли нормальной прочности материала. [c.33] В пластичном Д1атериале нри растяжении до предела текучести наличие выточки приводит к тем же следствиям. Поверхностный слой металла в месте выточки под действием значительных напряжений вовлекается в пластическую деформацию, тогда как глубинные слои металла остаются еще в области чисто упругой деформации. [c.33] Вернуться к основной статье