IMG$2 243 (2)

10. Umocnienie materiałów

Zależność umocnienia od czasu starzenia przedstawiono na rys. 10.8 uwzględnia. jąc poglądowo poszczególne stadia przemiany i dominujące w tych stadiaeł mechanizmy.

10.1.4. Umocnienie dyspersyjne

Umocnienie dyspersyjne jest bardzo zbliżone do wydzieleniowego. Podlegają nu materiały zawierające wydzielenia twardej fazy — nieodkształcalne — o większy^ rozmiarach w porównaniu z wydzieleniami z przesyconego roztworu.

Dla umocnienia dyspersyjnego średni zakres odległości między źródłami pó| naprężeń wynosi A » r, przy którym, zgodnie z wyjaśnieniem Orowana, w czasie| poślizgu poszczególne odcinki linii dyslokacji przemieszczają się między wydzielenia.! mi, pozostawiając wokół nich zamknięte pętle (rys. 10.3c). Jest to możliwe, jeżeli odległość między wydzieleniami jest duża w stosunku do „giętkości” linii dyslokacji.

Naprężenie konieczne do wygięcia linii dyslokacji w półokrąg o średnicy) d równej odstępowi między wydzieleniami A zgodnie z (8.24) po podstawienia r = d/2 przybiera postać;

t =    (10.7)

Poślizg pewnej liczby dyslokacji pozostawia wokół wydzieleń odpowiednią liczbę i pętli. Między nimi (dyslokacje jednoimienne) pojawia się naprężenie „wsteczne" powiększające szybkość umocnienia. Wyniki doświadczalne potwierdzają dobrze teorię Orowana dla wydzieleń kulistych.

Umocnienie dyspersyjne ograniczone jest do specjalnych materiałów o strukturze odpowiadającej wymaganiom. Wśród nich wyróżnia się:

—    stopy wewnętrznie utlenione (materiały stykowe dla elektrotechniki), np. roztwory stałe Si albo Al w Cu oraz Al albo Mg w Ag, wyżarzone w atmosferze tlenu, w celu utlenienia atomów rozpuszczonych w roztworze,

—    specjalne materiały otrzymywane metodami metalurgii proszków, np. proszek aluminium spiekany z A1₂0₃ albo proszek niklu spiekany z Th0₂.

Spośród innych metod umacniania, realizowanych zabiegami obróbki cieplnej, umocnienie martenzytyczne będzie omówione w punkcie 12.4.

10.1.5. Umocnienie odkształceniowe

Materiały metaliczne zalicza się do elastoplastycznych, tzn. podlegających odkształceniom przy obciążeniach małych — chwilowym, sprężystym, a przy obciążeniach dużych — trwałym, plastycznym. Graniczną wartość dla walcowego

Rys. 10.9. Rozkład naprężeń w rozciąganym monokrysztale walcowym

monokryształu wyprowadza prawo Schmida jako tzw. krytyczne naprężenie styczne działające w systemie łatwego poślizgu (rys. 10.9)

z_k = ff, sin a cos a cos <p,    (10.8)

gdzie a, jest naprężeniem rozciągającym normalnym do płaszczyzny poślizgu, a - kątem nachylenia płaszczyzny łatwego poślizgu do kierunku działania obciążenia , (p - kątem nachylenia kierunku łatwego poślizgu do osi płaszczyzny łatwego poślizgu.

Naprężenia ret* wywołują odkształcenia sprężyste, a r > x_k - odkształcenia plastyczne.

Odkształcenie sprężyste kryształu polega na sprężystym odkształceniu sieci przestrzennej (rys. lO.lOa). Wychylenia atomów z położeń równowagi powiększają energię kryształu, a po usunięciu naprężenia tendencja do zmniejszenia energii powoduje powrót atomów do położeń równowagi - zanik odkształcenia.

Odkształcenie plastyczne polega na trwałym przesunięciu części kryształu względem pozostałej (rys. 10.1 Ob), jako efekt poślizgu dyslokacji. W obu częściach kryształu atomy pozostają w niezmienionych konfiguracjach, toteż energia kryształu nie ulega zmianie. Brak bodźca energetycznego sprawia, że odkształcenie nie zanika po usunięciu obciążenia.

Odkształcenie plastyczne polega również na trwałym skręceniu - bliźniakowa-niu - części kryształu względem pozostałej (rys. lO.lOc). I w tym przypadku w obu częściach kryształu atomy pozostają w swoich położeniach równowagi, nie zmieniając energii kryształu. Bliźniakowanie, w odróżnieniu od poślizgu, zmienia jednak orientację krystalograficzną bliźniaka w stosunku do pozostałej części kryształu. Pomimo niewielkiego udziału wpływ bliźniakowania na całkowitą wartość odkształcenia jest znaczny, ponieważ zmiana orientacji bliźniaków stwarza warunki uruchamiania poślizgów w nowych płaszczyznach.