IMG#6 237 (2)

236 10. Umocnienie materiałów

10.1. Materiały ciągliwc

237

ków na granicach. Wpływ wielkości ziarna na granicę plastyczności okręgi    .    ■ --.'ifiSSUM

opracowana doświadczalnie¹* niezależnie przez Halla i Petcha zależność i lokalne pola odkształceń i naprężeń. Oddziaływają więc z dyslokacjami, a niezależnie

R_t = R₀ + kd

-m

wpływają na zmianę gęstości i rozkładu dyslokacji tworzących się podczas krysta-(10.| lizacji stopu.

Liczne próby analitycznego wyjaśnienia umocnienia, przyjmujące za punkt wyjścia rozważań zmiany parametru sieci osnowy, stosunek promieni atomowych lub stosunek wartościowości atomów rozpuszczonego i bazowego, mają zastosowanie ograniczone do konkretnych przypadków. Jest to spowodowane różnorodnością

gdzie d jest średnią średnicą ziarna, R₀ - naprężeniem tarcia przeciwdziałające; poślizgom dyslokacji, k - stałą materiałową.

Rozdrobnienie ziarna w celu powiększenia wytrzymałości materiałów metali nych stosowano na długo przed wyprowadzeniem równania Halla-Petcha. Z czaj    ™ńwa"którrmtó'bić rezultatem:

zależność odegrała zasadniczą rolę w opracowywaniu niskostopowych stali o pj wyższonej wytrzymałości.

Rozdrobnienie ziarna uzyskuje się różnymi metodami. Najefektywniejsza ję.

odpowiednia technologia wytopu, zwłaszcza zabiegów odtleniania (np. stal) ly poprzecznego. modyfikacji (np. stopy Al-Si). Skuteczne jest rozdrabnianie ziarna stali podczJ walcowania odpowiednią technologią - tzw. regulowane walcowanie. Pewj rozdrobnienie ziarna stali zapewnia również obróbka cieplna, np. normalizowani

-    blokowania dyslokacji w położeniach wyjściowych,

-    powiększania naprężeń hamujących poślizgi dyslokacji, utrudniania pokonywania przeszkód przez dyslokacje w drodze poślizgu

10.1.2. Umocnienie roztworowe

Działanie umacniające wywierają atomy pierwiastków stopowych tworząt z metalem bazowym roztwory stałe różno- lub międzywęzłowe. Działanie to, zwaii umocnieniem roztworowym, na ogół jest tym silniejsze, im większe są różnij struktury krystalicznej metalu bazowego i stopowego. Wpływ różnych pierwiastko! na wytrzymałość miedzi i żelaza przedstawiono na rys. 10.2.

Atomy obce o odmiennych wartościach promienia atomowego od promieni atomów bazowych tworzą w sieci przestrzennej roztworu przypadkowo rozłożon

Rys. 10.2. Wpływ pierwiastków stopowych na wytrzymałość: a) Cu. b) Fe a

"Równanie zostało wyprowadzone dla dolnej granicy plastyczności w stalach niskowęglowych.

Wydaje się, że najogólniejsze zastosowanie ma teoria umocnienia roztworowego Motta-Nabarro. Została opracowana przy założeniu obecności w sieci przestrzennej roztworu stałego centrów wytwarzających wokół środka lokalne pola naprężeń. Takimi centrami mogą być atomy pierwiastka rozpuszczonego lub dyspersyjne wydzielenia drugiej fazy. Wartość naprężeń podlega fluktuacjom, zależnie od średniej odległości tworzących je centrów. Poślizg dyslokacji w roztworze wymaga pokonania tych naprężeń.

Linia dyslokacji zakotwiczona w dwóch punktach pod działaniem naprężenia t może się wyginać. Promień krzywizny takiego wygięcia, wynikający z równania (8.24), określa zależność

Gb

r - « —,    10.2

t

gdzie a % 1. Jeżeli A jest średnią odległością między centrami - źródłami pól naprężeń - to możliwe są trzy jej zakresy: 1) A «r, 2) A * r i 3) A »r.

Dla umocnienia roztworowego typowy jest zakres A«r. Przy tak gęstym rozkładzie pól naprężeń (atomów obcych) linie dyslokacji nie mogą się wyginać wokół każdego z nich. W takich warunkach linia dyslokacji przybiera kształt, dla którego suma jej własnej energii sprężystej wywołanej oddziaływaniem pól naprężeń osiąga minimum (rys 10.3a). Ruch linii dyslokacji wobec tego polega na kolejnych przeskokach jej odcinków L (kilkakrotnie dłuższych od A) z jednego do drugiego położenia zapewniającego minimum jej energii potencjalnej.

Naprężenie wywołujące poślizg dyslokacji w opisanych warunkach dane jest równaniem

t = 2,5 Ge^4/3C,    (10.3)

gdzie C jest stężeniem atomowym pierwiastka rozpuszczonego w roztworze, e - miarą niedopasowania atomów rozpuszczonego i osnowy, przy czym

«--5-1. r„

(10.4)