Межзеренная прослойка
Cтраница 3
Повышенный интерес к строению границ раздела в наноструктурных тонких пленках связан с тем, что значительное количество атомов расположено на границах зерен. В этой связи Глейтером с сотрудниками было высказано предположение о возможности существования нового состояния вещества. На основе расчетов, выполненных с помощью методов молекулярной динамики, было показано, что микроструктура низкоразмерных материалов состоит из кристаллических зерен и аморфных межзеренных прослоек однородной толщины. [31]
По мере увеличения сжимающей силы будут деформироваться и другие зерна, плоскости скольжения которых наклонены больше или меньше 45 к направлению действующей силы, и только при значительном увеличении силы все зерна окажутся пластически деформированными. Опытами установлено, что отдельное зерно ( монокристалл) деформируется при меньшем усилии и имеет более высокую пластичность. Объясняется это тем, что в поликристалле напряженное состояние зерен неоднородно, что в свою очередь объясняется различной ориентировкой плоскостей скольжения зерен и наличием межзеренной прослойки. Пластически деформируемые зерна будут создавать напряжения сжатия в зернах, плоскости скольжения которых менее благоприятно расположены к направлению силы и поэтому упруго деформированы. Одни зерна металла находятся в условиях всестороннего сжатия, что - требует повышенных усилий, в других зернах металла возникают напряжения растяжения, что приводит к снижению-усилия. В многофазных сплавах условия деформации более сложные. В результате различия свойств отдельных кристаллов неравномерность напряженного состояния их будет более резкой, что требует больших усилий для деформации и определяет меньшую пластичность. [32]
Увеличение пластичности при нагреве до температур горячей деформации является следствием увеличения подвижности атомов, но, кроме того, увеличению пластичности способствуют еще некоторые явления. Так, например, в условиях горячего деформирования обычно значительно возрастает пластичность межкристаллических прослоек, содержащих повышенное количество примесей. Это объясняется тем, что пограничные слои с повышенным содержанием примесей обладают меньшей термодинамической устойчивостью и имеют температуру плавления меньшую, чем температура плавления зерен основного металла. С нагревом до температур горячего деформирования прочность межзеренных прослоек уменьшается более интенсивно, чем прочность зеренг и доля межкристаллитной деформации в общей деформации металла увеличивается. Одновременно хрупкость этих прослоек уменыпается, а следовательно, уменьшается и образование в них микротрещин. [33]
Анализ параметра структуры материала показал, что у всех трех дисков двухфазовый Ti-сплав ВТ8 имеет развитую пластинчатую структуру с размерами пластин обеих фаз в пределах 1 1 - 1 5 мкм. Дисперсия субзерен от диска к диску имеет колебания, но размер субзерен у всех дисков находится в интервале 16 - 48 мкм. Различия в равномерности распределения субзерен разного размера у дисков не были выявлены. Несколько больший размер Р - оторочки по границам зерен был выявлен в диске № I, однако в диске № II этот параметр был таким же, как и в диске № III, что не позволяет связывать чувствительность образцов из исследованных дисков с разной толщиной межзеренных прослоек. [35]
Никель повышает стабильность аустенита. В сталях типа Х18Н12 при содержании 11 - 12 % N i в сварном шве образуется чисто аустенитная структура, почти неизбежно сопровождаемая трещинами, если толщина стенки труб превышает 20 мм. Никель способствует образованию трещин не только как аустенитообразующий элемент, но и вследствие того, что образует легкоплавкий сульфид Ni3S2, плавящийся при 644 С. Сульфид скапливается по границам зерен и. Тем самым никель способствует утолщению межзеренных прослоек и резко снижает температуру их затвердевания. [36]
 |
Кривые усталости чистого алюминия А1 liOO - О и алюминия с диффузионным слоем меди глубиной 100 мкм. [37] |
В этом случае был получен композиционный материал с приповерхностным слоем переменного состава Re-Mo глубиной 8 - 10 мкм. На рис. 5.21 представлены кривые статического растяжения и усталости образцов из молибдена в исходном состоянии и после поверхностного легирования. Некоторое улучшение пластичности при статических испытаниях на растяжение и повышение уровня предела выносливости в случае покрытия никелем, по-видимому, связано с большей пластичностью никеля по сравнению с молибденом, что приводит к пластифицирующему эффекту. Диффундируя в объем металла и располагаясь преимущественно вдоль границ зерен, никель участвует в образовании межзеренных прослоек, являющихся раствором молибдена в никеле. Эти прослойки оказывают упрочняющее влияние на границы зерен молибдена. [38]
Интенсивность роста рекристаллизованных зерен зависит, в основном, от температуры, продолжительности выдержки при этой температуре и степени предшествовавшей деформации. Рекристаллизация начинается при определенных для каждого металла температурах, называемых температурой рекристаллизации. Чем выше температура нагрева, тем интенсивнее рекристаллизуется металл и тем крупнее зерно. На величину зерен значительное влияние оказывает степень предварительной деформации. При очень малых степенях деформаций ( 6 - 7 %) пластическая деформация происходит в пределах отдельных зерен без разрушения межзеренных прослоек. Объединение зерен затруднено и, следовательно, количество и размеры зерен в результате рекристаллизации остаются неизменными. При степенях деформации 8 - 10 % разрушаются границы между зернами. Рекристаллизация сопровождается объединением соседних зерен и размеры их резко увеличиваются. При больших степенях деформаций в результате раздробления зерен увеличивается число центров рекристаллизации, а металл приобретает мелкозернистую структуру. При чрезмерно высоких температурах в результате интенсивной рекристаллизации происходит перегрев, при котором величина зерен резко увеличивается. В связи с тем, что крупнозернистый металл имеет пониженные механические свойства, перегрев - явление нежелательное. [39]
Металлы являются кристаллическими телами. В процессе затвердевания жидкого металла образуются кристаллы с правильным расположением атомов в пространственной решетке. При дальнейшем росте правильная форма кристаллов искажается в результате взаимного воздействия. Кристаллы с неправильной формой называются зернами или кристаллитами. В металлах и сплавах зерна взаимодействуют друг с другом по плоскостям сложной формы, определяемой вынужденной формой зерен, через межзеренную прослойку. Химический состав и физические свойства зерен и прослойки существенно различаются. Опыты показывают, что вследствие такого строения металл чаще разрушается не по границам зерен, а по самим зернам - по плоскостям скольжения кристаллов. Экспериментами установлено, что для металлов и их сплавов основным механизмом пластической деформации является скольжение - сдвиг одной части кристалла относительно другой под действием касательных напряжений. Плоскости, по которым происходит скольжение, называют плоскостями скольжения. [40]
Для понимания свойств наноструктурных пленок необходимо также знание атомной структуры границ зерен. Интерес к этой проблеме дополнительно возрастает еще и потому, что значительное количество атомов в нанокристаллических материалах расположено на границах зерен. Отсюда возникает гипотеза о возможности существования нового состояния вещества. Согласно расчетам Глейтера с сотрудниками, выполненным с помощью методов молекулярной термодинамики, микроструктура нанокристаллических материалов состоит из кристаллических зерен и аморфных межзеренных прослоек однородной толщины. [41]
 |
Микрошлиф сплава ВК8. X 200G.| Микрошлиф сплава ВК15. [42] |
Эти прослойки твердого раствора WC в кобальте составляют непрерывную сетку, пронизывающую всю структуру сплава. Одновременно и зерна карбида в результате усадки при перекристаллизации стягиваются до непосредственного соприкосновения друг с другом. При этом чем больше кобальта в сплаве, тем меньшая часть поверхности зерен WC приходит в соприкосновение. На этом основании в литературе обсуждается вопрос о возможном существовании непрерывного скелета спекшихся карбидных зерен, составляющего основу структуры сплава. Против этого представления выдвигаются возражения на том основании, что в результате перекристаллизации карбидных зерен через расплавленную фазу на основе кобальта, даже после полного завершения усадки, между соприкасающимися гранями зерен карбида все же должны остаться хотя бы тончайшие, субмикроскопические межзеренные прослойки застывшей фазы на основе кобальта, которая во время спекания смачивала за счет капиллярных сил все поверхности карбидных зерен. [43]
К таким элементам можно отнести алюминий, титан, ванадий и хром. Устранение серы уменьшает опасность скопления легкоплавких эвтектик по границам зерен и образования трещин. Никель повышает стабильность аустенита. В сталях типа Х18Н10 при содержании 11 - 12 % никеля в сварном шве образуется чисто аустенитная структура, почти неизбежно сопровождаемая трещинами. Никель способствует образованию трещин не только как аустенитообразующий элемент, но и благодаря тому, что образуется легкоплавкий сульфид, который скапливается по границам зерен и, взаимодействуя с железом, образует еще более легкоплавкую эвтектику. Никель способствует, таким образом, утолщению межзеренных прослоек и резко снижает температуру их затвердевания. [44]
В сварных швах, структура которых состоит только из аусте-нита ( однофазная структура), горячие трещины образуются гораздо чаще, чем в швах, структура которых аустенито-ферритная. Считают, что 6-феррит лучше растворяет такие примеси как ниобий, серу, фосфор и др. и, таким образом, сокращает температурный интервал конца кристаллизации. Снижение содержания углерода улучшает свариваемость. Многие элементы, повышающие устойчивость феррита, одновременно способствуют устранению серы из металла шва. К таким элементам можно отнести алюминий, титан, ванадий и хром. Устранение серы уменьшает скопление легкоплавких эвтектик по границам зерен и, следовательно, предотвращает образование трещин. Никель повышает стабильность аустенита. При сварке сталей типа Х18Н10 при содержании в них 11 - 12 % никеля в сварном шве образуется структура аустенита. В таких швах почти всегда есть трещины. Никель способствует образованию трещин не только как аустенитообразующий элемент, но и еще потому, что образует легкоплавкий сульфид, который скапливается по границам зерен и, взаимодействуя с железом, дает еще более легкоплавкую эвтектику. Таким образом, никель способствует утолщению межзеренных прослоек и резко снижает температуру их затвердевания. [45]
Страницы: 1 2 3