Изложены современные представления о физике и микромеханизмах процессов развитой пластической деформации и разрушения металлов с г.ц.к., г.п.у. и о.ц.к. решетками. Наряду с детальным анализом результатов экспериментального исследования эволюции дефектных структур сильнодеформированных металлов, включая эволюцию зародышевых микротрещин, приведены основы теории фрагментации и ротационных мод пластичности, рассмотрены теория зарождения вязких микротрещин и структурно-кинетическая концепция разрушения. Подробно обсуждаются структурные аспекты пластичности и разрушения конструкционных металлов и сплавов при прокатке, волочении, гидроэкструзии, прессовании, а также образование в них текстур деформации.
Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников исследовательских и учебных институтов, заводских лабораторий, занятых в области физики металлов и металловедения. Может быть полезна аспирантам и студентам соответствующих специальностей Ил. 50. Табл. 3. Библиогр. список: 141 назв.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................... 4
Введение.................. 5
Глава I. Формирование дефектных структур в условиях развитой пла-
- стической деформации............... 9
1. Основные положения физики пластичности кристаллов..... 9
2. Коллективные эффекты в дислокационных ансамблях и их проявление
при пластической деформации............. 13
3. Характерные элементы дислокационной структуры на стадии развитой пластической деформации............. 16
4. Носители ротационной пластичности.......... 27
5. Фрагментация металлов с г.ц.к. решеткой......... 38
6. Фрагментация металлов с г.п.у. решеткой......... 46
7. Фрагментация металлов с о.ц.к. решеткой........ 54
Глава II. Структурные и кристаллографические аспекты пластичности
при обработке металлов давлением ........... 61
1. Конструкционные металлы и сплавы с г.ц.к. решеткой..... 61
2. Конструкционные металлы и сплавы с о.ц.к. решеткой ..... 71
3. Границы деформационного происхождения........ 76
4. Кристаллогеометрические характеристики границ деформационного происхождения................. 83
5. Сравнение с модельными ансамблями.......... 89
6. Формирование текстур деформации при обработке металлов давлением 97
7. Локализация и неустойчивость развитой пластической деформации . . 104
Глава III. Предельная деформация и разрушение металлов . . . . 115
1. Критическая фрагментированная структура деформируемых металлов 115
2. Общая характеристика изломов и статистика мезотрещин при внутри-зеренном разрушении.............. 125
3. Температурная зависимость предельных характеристик микроскопического разрушения и ее связь с микромеханизмами разрушения . . . 135
4. Основы структурной микромеханики вязкого разрушения .... 141
Глава IV. Структурно-кинетические аспекты разрушения . . . . 154
1. Структурная кинетика разрушения ............ 154
2. Критическое структурное состояние и разрушение...... 163
3 Температура хладноломкости в структурно-кинетической модели разрушения.................. 169
Глава V. Основы теории ротационной пластичности...... 174
1. Принцип ориентационной неустойчивости......... 174
2. Зарождение и движение частичных дисклинаций в кристаллической решетке.................. 178
3. Зарождение частичных дисклинаций и пластические повороты в поликристаллах ................. 186
4. Ротационные эффекты и неустойчивость пластической деформации . . 201
5. Ротации и пластическая деформация.......... 214
Библиографический список............. 221
ПРЕДИСЛОВИЕ
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на !986—1990 годы и на период до 2000 года предусматривается, в частности, сосредоточить усилия науки и техники на разработке высокоэффективных методов повышения прочностных свойств металлов и сплавов. В условиях, когда промышленность ориентируется на быстрейший переход от экстенсивного к интенсивному пути развития, требуется резко повысить качество конструкционных материалов, добиться улучшения технологии их изготовления, сделать технологические процессы более производительными, менее энергоемкими, экономически более выгодными.
Серьезные резервы имеются в дальнейшем совершенствовании методов пластической обработки металлов и сплавов, таких как ковка, прокатка, штамповка, раскатка, волочение, прессование, гидроэкструзия и т. д. Все они основаны па большой — порядка десятков, а то и сотен процентов — пластической деформации исходных заготовок. На практике столь значительному формоизменению требуется подвергать самые разнообразные металлы: мягкие и твердые, низко-и высокопрочные, с высокой и низкой температурой плавления, жаро- и хладостойкие, пластичные и хрупкие, с различным типом кристаллической решетки, фазовым составом, структурой. Для того чтобы успешно решать эти не простые задачи, недостаточно опираться лишь на богатый производственный и технологический опыт. Сегодня требуется глубокое понимание как сути, так и конкретных деталей микропроцессов, ведущих пластическую деформацию и трещи-нообразование при больших е.
Долгое время в этом вопросе не было ясности. Однако в последние 10—15 лет произошел коренной сдвиг. Сформировался весьма плодотворный подход, основанный на качественно новых для физики прочности и пластичности понятиях (коллективные эффекты движения в ансамбле сильновзаимодействующих дислокаций, частичные дисклинации, мезоуровень пластической деформации, ротационные моды пластичности). Он дал импульс дальнейшему развитию исследований в этой области, наметил реальные перспективы создания физических теорий обработки металлов давлением, текстурообразования, а также разрушения, которому предшествует большая пластическая деформация. Распространение упомянутых идей сдерживает то обстоятельство, что они отражены в мало доступных массовому читателю журнальных статьях и не систематизированы. Монографий на эту тему нет ни в отечественной, ни в зарубежной литературе. Предлагаемая книга является первой такого рода. В ней обобщены экспериментальные и теоретические результаты, накопленные в последние десятилетия при изучении структурных аспектов прочности и пластичности сильнодеформированных кристаллов.
Разумеется, не все разделы, относящиеся к развитой пластической деформации и вязкому разрушению, представлены одинаково полно. Цель книги — изложить идеи и экспериментальные факты, лежащие в основе современных представлений о природе больших пластических деформаций и вязкого разрушения металлов.
Автор признателен А. Н. Вергазову, Н. Ю. Золоторевскому, Е. В. Нестеровой, Н. Н. Правдиной и А. С. Рубцову за помощь при подготовке рукописи, А. А. Вакуленко, взявшему на себя труд внимательно ознакомиться с гл. V ; и критически обсудить ее, А. С. Фирстову за ценные замечания, высказанные i при рецензировании.
!
ВВЕДЕНИЕ
Понятие пластическая деформация столь привычно, что интуитивно представляется чем-то необычно простым, почти тривиальным. Однако на поверку оно оказалось одним из самых загадочных и непростых для понимания. Об этом свидетельствует тот факт, что природа его стала проясняться уже после того, как в общих чертах были построены и экспериментально обоснованы теории атома и атомного ядра, сформулированы основные положения квантовой механики и электронной теории металлов, после того, как были поняты другие, на первый взгляд более сложные, чем механические, свойства кристаллов, например магнитные, электрические и т. п. И дело здесь не в том, что явление пластической деформации обладает по сравнению с ними какой-то особой глубиной или фундаментальностью. Конечно, нет. Просто оно вторично по отношению к твердому телу и по этой причине его микроскопи-ка принципиально не могла быть понята до тех пор, пока в деталях не стало ясным атомное строение твердого тела, пока не были разработаны методы и аппаратура, позволяющие изучать его структуру на атомном и надатомном уровнях.
Первые работы по микроскопике пластической деформации твердого тела были опубликованы относительно недавно, примерно пятьдесят лет назад. Но именно в эти пятьдесят лет и произошли главные события. За сравнительно короткий срок в понимании природы механических свойств металлов были достигнуты поразительные успехи. Если говорить о малых пластических деформациях и хрупком разрушении, то здесь мы располагаем цельной, экспериментально и теоретически обоснованной системой знаний о микропроцессах пластической деформации и разрушения, о закономерностях, управляющих ими, о связи между микро- и макроявлениями, происходящими в нагруженных твердых телах.
В данной монографии мы не будем сколько-нибудь подробно останавливаться на этих классических представлениях, полагая, что они хорошо знакомы читателю. При необходимости информацию о них можно получить в любом обзоре или учебнике по теории дислокаций [1—11]. Нас будет интересовать другой, гораздо менее разработанный раздел физики прочности и пластичности, касающийся изучения микромеханизмов, всевозможных структурных и кинетических аспектов большой (развитой) пластической деформации и вязкого разрушения. Термин «развитая пластическая деформация» введен нами, чтобы подчеркнуть, что разграничение идет не просто по величине s пластической деформации. Предметом настоящей монографии является пластическая деформация, вызывающая существенные, качественные изменения в структурном состоянии материала по сравнению с состоянием, отвечающим условному пределу текучести. Возьмем для примера два монокри-
Цена: 150руб.
