В данном выпуске подробно рассмотрены механические свойства металлов и сплавов при низких и высоких температурах и различных скоростях нагружепия. Приведены сведения о несовершенствах кристаллческого строения (дислокациях и точечных дефектах), определяющих эти свойства. Описываются механизмы деформационного упрочнения, процессы возврата и рекристаллизации, рассматриваются феноменология этих процессов и их атомные механизмы, обсуждены процессы разрушения.
Книга рассчитана на металловедов и физиков, работников заводских лабораторий, а также преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов металлургических и машиностроительных институтов. Она может служить ценным пособием для повышения теоретической подготовки металловедов и метал-лофизиков', ее можно рекомендовать также аспирантам и студентам при подготовке спецкурсов.
Предисловие
Данная книга представляет собой третью, заключительную часть курса «Физическое металловедение», созданного коллективом видных ученых, работающих в различных областях физики твердого тела и, в частности, физики металлов. Так, Кульман-Вильсдорф — крупный специалист по дислокациям, Такамура известен своими исследованиями точечных дефектов, работы Вирт-мана в области изучения ползучести металлов получили всеобщее признание. Анселл является одним из первых исследователей дис-персионно-упрочненных металлов, которые приобрели большое практическое значение. Общая редакция этого капитального труда осуществлена Р. Каном, который хорошо известен своими работами в области полигонизации и рекристаллизации металлов, распада твердых растворов, ползучести и пр.
Почему дефекты кристаллического строения и механические свойства рассматриваются вместе, хотя эти дефекты определяют не только механические свойства металлов и сплавов, но и ряд пажнейших физических характеристик; протекание многих процессов в металлах также связано с дефектами строения. Отчасти такой порядок изложения материала объясняется традицией, поскольку дефекты кристаллического строения были впервые обнаружены при исследовании механических свойств. Последующее интенсивное изучение этих дефектов также связано в первую очередь с исследованием механических свойств (это объясняется тем, что способность служить в качестве конструкционных материалов, т. е. наличие определенных механических свойств, является одним из основных требований к металлам и сплавам).
В предлагаемой вниманию читателя книге описываются механические свойства как чистых металлов и однофазных сплавов, гак и сложных многофазных систем, их поведение при низких и высоких температурах, при разных скоростях и способах нагру-жения. Здесь рассмотрены не конкретные механические свойства rex или других сплавов, а закономерности их поведения, физические основы механических свойств. Необходимо отметить, что материал изложен на высоком научном уровне с привлечением современных представлений о дефектах кристаллического строения и механических свойствах.
Данный выпуск состоит из восьми глав. В первой главе, написанной Д. Кульман-Вильсдорф, рассматриваются линейные дефек-
ОГЛАВЛЕНИЕ 1
Предисловие ...................... 5
Глава I
Дислокации. Д. Кульман-Вильсдорф.......... 9
1. Геометрия дислокаций в сплошной среде......... 9
1.1. Введение ..................... 9
1.2. Контур Бюргерса.................. 9
1.3. Типы дислокаций и их движение.......... 11
1.4. Дислокационные узлы и закон Кирхгофа для векторов Бюргерса...................... 15
1.5. Правило знаков.................. 16
2. Упругие свойства дислокации в сплошной среде..... 16
2.1. Напряжения и деформации, связанные с винтовой дислокацией ...................... 16
2.2. Напряжения и деформации, связанные с краевой дислокацией ...................... 19
2.3. Напряжения и деформации, связанные со смешанной дислокацией.................... 20
2.4. Дислокации у плоской поверхности раздела...... 20
2.5. Энергия дислокации................ 21
2.6. Объемная дилатация и свободная энергия дислокаций 23
2.7. Линейное натяжение дислокаций.......... 24
2.8. Быстрое движение дислокации........... 25
2.9. Силы, действующие на дислокацию......... 26
2.10. Взаимодействие между дислокациями ....... 28
3. Дислокации в кристаллах ............... 30
3.1. Устойчивые полные дислокации в простых кристаллических структурах.................. 30
3.2. Растянутые и частичные дислокации......... 31
3.3. Стандартный тетраэдр............... 34
3.4. Дислокационные узлы ц вершинные дислокации в ГЦК-кристаллах..................... 36
3.5. Малоугловые границы................ 38
4. Геометрия движущихся дислокаций в кристаллах .... 41
4.1. Поперечное скольжение .............. 41
4.2. Источник Франка — Рида ............. 42
4.3. Двойникующая дислокация ............ 43
4.4. Плоские скопления дислокаций........... 44
4.5. Дислокационные реакции.............. 45
4.6. Образование трещин................ 4(5
4.7. Препятствия на плоскости скольжения........ 48
4.8. Ступеньки на дислокациях, возникающие при- их пересечении ...................... 48
4.9. Переползание расщепленных дислокаций...... 50
5. Силы трения, возникающие при перемещении дислокаций
в кристаллах, не содержащих других дефектов .... 50
5.1. Трение, обусловленное зависимостью энергии ядра
от положения ................... 50
5.2. Неопределенность положения оси дислокации..... 51
о.З. Другие силы трения................ 53
5.4. Зависимость скорости дислокации от напряжения ... 53
6. Взаимодействие между дислокациями и другими дефектами 54
6.1. Взаимодействие между дислокациями и примесными атомами...................... 54
6.2. Взаимодействие между дислокациями и вакансиями . . 57
6.3. Взаимодействие между дислокациями и сверхструктурой 63
6.4. Взаимодействие дислокаций с границами зерен и двойников....................... 64
7. Зарождение дислокаций ................ 64
7.1. Постановка задачи................. 64
7.2. Возникновение дислокаций при кристаллизации ... 64
7.3. Термическая активация............... 66
7.4. Дислокация в ориентированных эпитаксиальных слоях 66
7.5. Образование дислокаций благодаря сегрегации примесей 67
7.6. «Беспорядочная» дислокационная сетка....... 68
7.7. Образование дислокаций посредством конденсации вакансий...................... 69
7.8. Самопроизвольное образование дислокаций под воздействием высоких напряжений............ 72
7.9. Образование дислокационных сплетений....... 72
8. Методы исследования дислокаций............ 74
8.1. Общие замечания.................. 74
8.2. Изучение линий скольжения............ 75
8.3. Методы декорирования............... 75
8.4. Методы травления................. 77
8.5. Рентгеновские методы................ 77
8.6. Метод «тонких пленок»............... 78
8.7. Другие методы .................. 79
Точечные дефекты. Джин-ИчиТакамура........ 87
Введение......................... 87
1. Основные свойства точечных дефектов в металлах..... 88
1.1. Искажение кристаллической решетки вокруг точечных дефектов...................... 88
1.2. Энергия образования точечных дефектов....... 90
1.3. Энергия миграции точечных дефектов........ 92
2. Термодинамика возникновения точечных дефектов .... 94
2.1. Точечные дефекты при термическом равновесии .... 94
2.2. Измерения концентрации точечных дефектов при высокой температуре.................. 96
2.3. Источники вакансий в металлах........... 99
3. Вакансии в металлах, зафиксированные закалкой..... 102
3.1. Достоверность «закалочных» экспериментов..... 102
3.2. Определение физических свойств, зависящих от присутствия вакансий ................. 106
3.3. Вторичные дефекты, связанные с вакансиями, зафиксированными закалкой................ 111
3.4. Энергия миграции и кинетика отжига вакансий .... 116
3.5. Энергия связи между вакансией и примесным атомом 120
4. Точечные дефекты, порождаемые при пластической деформации ......................... 124
4.1. Основные положения................ 124
4.2. Рост электросопротивления и зарождение точечных дефектов ....................... 125
4.3. Образование межузельных атомов при деформации . . 128
4.4. Наблюдения за образованием вакансий....... 134
5. Заданные отклонения от стехиометрического состава . . . 138
Глава III Механические свойства, несущественно зависящие от температуры.
Дж. В и р т м а н, Дж. Р. В и р т м а н........... 149
1. Введение........................ 149
2. Кривые напряжение — деформация........... 150
2.1. Геометрия скольжения............... 152
2.2. Кривые напряжение — деформация для металлов с гексагональной плотноупакованной структурой ..... 156
2.3. Критическое напряжение сдвига.......... 160
2.4. Скольжение в кристаллах с гранецентрированной кубической структурой................. 161
2.5. Скольжение в кристаллах с объемноцентрированной кубической структурой ............... 162
3. Влияние температуры на кривые напряжение — деформация 164
3.1. Закон Коттрелла — Стокса............. 167
4. Деформационное разупрочнение ............ 171
4.1. Эффект Хаазена — Келлп.............. 173
5. Теории деформационного упрочнения .......... 173
5.1. Упрочнение, вызванное нолями дальнодействующих напряжений .................... 173
5.2. Упрочнение на стадии I.............. 176
5.3. Упрочнение на стадии II.............. 178
5.4. Упрочнение на стадии III.............. 179
5.5. Теории упрочнения полями близкодействующих напряжений ....................... 182
6. Теория температурной зависимости напряжения течения 186
7. Полосы Чернова—Людерса н пределы текучести..... 190
8. Зависимость нижнего предела текучести от размера зерна 193
9. Разрушение и разрушающее напряжение........ 196
9.1. Зависимость напряжения разрушения от размера зерна 200
10. Эффект Баушингера ................. 201
11. Механическое двойникованпе............. 203
12. Усталость ....................... 206
Глава IV
Механические свойства, существенно зависящие от температуры.
Дж. В и р т м а н, Дж. Р. В и р т м а н.......... 216
1. Ползучесть металлов.................. 216
1.1. Релаксация напряжений .............. 217
1.2. Три основных вида ползучести и соответствующие им участки на диаграмме ползучести.......... 218
1.3. Неупругая ползучесть (обратимая ползучесть) .... 220
1.4. Низкотемпературная ползучесть (логарифмическая ползучесть)..................... 224
1.5. Общая теория логарифмической ползучести..... 225
1.6. Высокотемпературная ползучесть (ползучесть Апдраде) 230
1.7. Зависимость установившейся ползучести от температуры 232
1.8. Зависимость установившейся ползучести от напряжения 233
\ .9. Теория высокотемпературной ползучести....... 237
1.10. Диффузионная ползучесть.............. 244
Глава V
Механические свойства твердых растворов и интерметаллических соединений. П.Хаазен................... 248
Введение......................... 248
1. Упрочнение твердых растворов............. 249
1.1. Кривые деформации монокристаллов сплавов с ГЦК-решеткой...................... 250
1.2. Линии скольжения, ямки травления и электронно-микроскопическое исследование тонких фольг ..... 252
1.3. Теория упрочнения твердых растворов........ 259
1.4. Кривые деформации для твердых растворов с решеткой гранецентрированного куба ............. 264
1.5. Упрочнение кристаллов твердых растворов с гексагональной плотноупакованной решеткой........ 275
1.6. Упрочнение кристаллов твердых растворов с ОЦК-ре-шеткой....................... 278
1.7. Упрочнение кристаллов со структурой типа NaCl . . . 280
1.8. Ползучесть твердых растворов........... 282
2. Упрочнение за счет выделения частиц второй фазы . . . . 286
2.1. Взаимодействие между дислокациями и выделившимися частицами..................... 287
2.2. Непосредственное наблюдение взаимодействия дислокаций с выделившимися частицами ......... 290
2.3. Механические свойства сплавов, упрочненных выделениями ........................ 291
2.4. Упрочнение выделениями в сплавах других систем . . 298
3. Упрочнение за счет создания упорядоченной структуры . . 302
3.1. Сверхдислокации.................. 304
3.2. Теоретическая зависимость предела текучести от степени упорядочения ................. 308
3.3. Температурная зависимость напряжения течения в упорядоченных сплавах ................ 311
3.4. Ползучесть сплавов с упорядоченной структурой . . . 313
3.5. Двойникование в сплавах с упорядоченной структурой 314
4. Пластичность интерметаллических соединений...... 315
4.1. Влияние температуры на прочность......... 316
4.2. Ползучесть антимонида сурьмы .......... 318
Глава VI
Механические свойства двухфазных сплавов. С.Анселл . , . . . 327
1. Введение........................ 327
2. Модели, предложенные для объяснения предела текучести и напряжения течения дпсперсионно-упрочненных материалов......................... 330
2.1. Деформации, обусловленные когерентным сопряжением решеток......................... 330
2.2. Блоки........................ 331
2.3. Выгибание дислокаций............... 332
2.4. Остаточные петли вокруг частиц (напряжения течения) 333
2.5. Остаточные петли вокруг частиц (предел текучести) 333
3. Влияние микроструктуры и окружающей среды на пластическую деформацию................. 338
3.1. Морфология дисперсных частиц........... 339
3.2. Легированные системы............... 344
3.3. Температура.................... 344
3.4. Поверхность раздела между дисперсными частицами
и матрицей .................... 347
4. Дисперсионное твердение ............... 348
5. Деформационное упрочнение .............. 351
6. Ползучесть........................ 352
6.1. Установившаяся ползучесть, контролируемая переползанием дислокаций................... 354
6.2. Установившаяся ползучесть, обусловленная образованием дислокаций на границах зерен ......... 363
7. Длительная прочность................. 365
8. Характер разрушения................. 366
9. Другие прочностные свойства.............. 368
Глава VII
Возврат и рекристаллизация Р. У. К а п.............. 371
1. Классификация явлений................ 371
2. Возврат........................ 372
2.1. Снятие напряжений................. 372
2.2. Восстановление электрических свойств....... 375
2.3. Выделение накопленной энергии.......... 376
2.4. Восстановление других физических свойств..... 379
2.5. Восстановление механиче
Цена: 150руб.
