Cтраница 1
Транспортировка атомов водорода к устью растущей трещины в крупнозернистом образце также происходит более интенсивно, чем в мелкозернистом. [1]
Следовательно, количество водорода, поступающего за время дг в объем dV внутрь этого цилиндра за счет транспортировки атомов водорода дислокациями к скоплению, будет пропорционально скорости деформации и плотности водородных атмосфер. [2]
При еще меньших напряжениях скорость движения дислокаций становится настолько малой, что термическая диффузия, стремящаяся распределить атомы равномерно, преобладает над накоплением водорода в голове скопления дислокации из-за транспортировки атомов водорода. По той же причине не успевают образоваться достаточно мощные сегрегации водорода в голове растущей трещины. В итоге металл деформируется и разрушается вязко. Возможно, что при еще больших длительностях нагружения ( более 100 ч), разрушение вновь принимало бы хрупкий характер, так как при низких напряжениях меняется механизм замедленного разрушения - основную роль в разрушении начинает играть направленная диффузия водорода в поле напряжений. [3]
Дислокационная гипотеза дополняет ряд других, ранее предложенных гипотез водородной хрупкости. Она дополняет их транспортировкой атомов водорода дислокациями к препятствиям. В образовавшихся благодаря этой транспортировке областях с повышенной концентрацией водорода развивается водородная хрупкость, которая в зависимости от природы металла, содержания водорода, температуры эксперимента и предшествующей истории металла может быть обусловлена разными факторами. [4]
Приведенное выше неоднозначное влияние водорода на технологическую пластичность р-титановых сплавов объясняется двояким действием водорода: водородной хрупкостью и пластифицированием. Согласно представлениям, изложенным в работах [8, 350], снижение пластичности р-титановых сплавов при концентрациях водорода порядка 0 005 - 0 02 % обусловлено транспортировкой атомов водорода скользящими дислокациями к барьерам, в результате чего в голове скопления дислокаций концентрация водорода возрастает в несколько раз по сравнению со средней и достигает критического значения, необходимого для проявления хрупкости. Нужно подчеркнуть, что деформация металла в этом случае осуществляется в основном сдвиговыми механизмами внутри зерна. [5]
Рассмотрим еще одну гипотезу, выдвижению которой предшествовали многочисленные и обстоятельные исследования поведения водорода, главным образом в титановых сплавах. В этих работах, возглавляемых Б.А.Колачевым, постепенно было сделано предположение о том, что главным эффектом, определяющим свойства металла в присутствии растворенного водорода, является транспортировка атомов водорода движущимися дислокациями, в результате чего на границах зерен, межфазных границах и у других препятствий, где накапливаются дислокации, концентрация водорода становится достаточной для резкого ускорения разрушения металла по тем или иным механизмам. Таким образом, в этой гипотезе авторы главную роль отводят не статическому, а динамическому фактору, считая, что общим моментом во всех случаях водородной хрупкости является транспортировка водорода к препятствиям, а процесс облегченного раскрытия трещины в разных металлах и сплавах может быть вызван многими причинами: искажением под действием водорода кристаллической решетки металла, препятствующим диссипативному рассеянию энергии скопления дислокации за счет пластической деформации; образованием субмикроскопических выделений гидридов вследствие резкого увеличения концентрации водорода в области скопления дислокаций; снижением поверхностной энергии металла в результате выноса дислокациями водорода к микронесплошностям; повышением давления молекулярного водорода в несплошностях, приводящим совместно с концентраторами напряжений к преодолению сил сцепления в металле; снижением в участках повышенной концентрации водорода когезивной прочности металла. [6]
Растворимость водорода с понижением температуры уменьшается, и поэтому при проведении испытаний при низких температурах водород в об разцах может оказаться в пересыщенном твердом растворе. Из-за малых скоростей диффузии при низких температурах распад пересыщенного относительно водорода твердого раствора затруднен. Транспортировка атомов водорода дислокациями к препятствиям облегчает зарождение гидридов и их рост. Образование гидридов в голове скопления дислокаций способствует зарождению трещин и приводит к водородной хрупкости. [7]
При слишком низких температурах подвижность атомов водорода слишком мала, чтобы они следовали за дислокациями и облегчали разрушение. При слишком высоких температурах термическая диффузия рассасывает атмосферы Коттрелла и транспортировка атомов водорода дислокациями исключается. [8]
Обратимая водородная хрупкость наблюдается при испытаниях на разрыв в определенном интервале скоростей деформации, а также при достаточно длительном действии статической нагрузки. Последнее явление называют замедленным хрупким разрушением и понимают под ним зарождение и развитие в металле, находящемся под постоянным, либо мало изменяющимся по величине напряжением, меньшим предела текучести, трещин, ведущих в конечном итоге к разрушению образца или изделия. При испытаниях на разрыв основную роль в развитии обратимой водородной хрупкости играет транспортировка атомов водорода дислокациями. Замедленное хрупкое разрушение при больших напряжениях вызывается транспортировкой атомов водорода дислокациями, а при малых - восходящей диффузией. В таблице, помимо видов водородной хрупкости, указаны также характер развития разрушения ( обратимый или необратимый), а также влияние скорости деформации на интенсивность развития хрупкого разрушения. В этой схеме нет замедленного хрупкого разрушения как самостоятельного вида хрупкости, поскольку оно может быть вызвано различными причинами. [9]
О влиянии водорода на усталостную прочность титановых сплавов известно очень мало. Характер влияния водорода на усталостные свойства а-титановых сплавов, по-вкдимому, должен быть таким же, как и у титана, так как в них также образуются гидриды. Поскольку водородная хрупкость а р - и ( 3-сплавов обусловлена в основном направленной диффузией водорода или транспортировкой атомов водорода дислокациями, то можно предполагать, что водород не должен оказывать вредного влияния при симметричном циклическом нагружении и может снижать циклическую прочность при несимметричных циклических нагрузках. [10]
В нагруженном образце с надрезом происходит перемещение водорода в зоны трехосного растяжения. Когда концентрация водорода в зоне трехосного растяжения превысит критическую, зарождается трещина. Далее в поле напряжений происходит непрерывная транспортировка атомов водорода к устью трещины, что облегчает ее развитие. Зародившись в объеме образца, трещина затем выходит на поверхность. Живое сечение образца постепенно уменьшается и, наконец, происходит катастрофическое развитие трещины и разрушение образца. Перемещение водорода в эту зону при небольших напряжениях может происходить путем восходящей диффузии, а при больших напряжениях - за счет транспортировки водорода перемещающимися в поле напряжений дислокациями. При высоком уровне действующих напряжений развитие замедленного разрушения, обусловленного водородом, сходно с механизмом водородной обратимой хрупкости шестого вида. [11]
Обратимая водородная хрупкость наблюдается при испытаниях на разрыв в определенном интервале скоростей деформации, а также при достаточно длительном действии статической нагрузки. Последнее явление называют замедленным хрупким разрушением и понимают под ним зарождение и развитие в металле, находящемся под постоянным, либо мало изменяющимся по величине напряжением, меньшим предела текучести, трещин, ведущих в конечном итоге к разрушению образца или изделия. При испытаниях на разрыв основную роль в развитии обратимой водородной хрупкости играет транспортировка атомов водорода дислокациями. Замедленное хрупкое разрушение при больших напряжениях вызывается транспортировкой атомов водорода дислокациями, а при малых - восходящей диффузией. В таблице, помимо видов водородной хрупкости, указаны также характер развития разрушения ( обратимый или необратимый), а также влияние скорости деформации на интенсивность развития хрупкого разрушения. В этой схеме нет замедленного хрупкого разрушения как самостоятельного вида хрупкости, поскольку оно может быть вызвано различными причинами. [12]
Действительное положение сложнее, чем следует из описанной выше схемы развития водородной хрупкости шестого вида. Если концентрация водорода в металле значительно меньше предельной растворимости, то восстановление пластичности начинается с более низких температур, чем температура Т0, из-за диффузионного рассасывания сегрегации водорода у скоплений дислокаций. Концентрация водорода в этом цилиндре возрастает за счет транспортировки атомов водорода дислокациями. Параллельно с накоплением водорода происходит удаление водорода из этого цилиндра за счет диффузии, которая стремится распределить водород равномерно по всему объему металла. [13]
На основе дислокационной гипотезы механизма обратимой водородной хрупкости описанные выше результаты можно объяснить следующим образом. При больших напряжениях в образцах происходит пластическая деформация путем размножения и перемещения дислокаций. Скорость движения дислокаций достаточно велика и они вырываются из окружающих их водородных атмосфер и водородной хрупкости не наблюдается. При снижении напряжений скорость движения дислокаций уменьшается и они начинают увлекать за собой водородные атмосферы. Транспортировка атомов водорода дислокациями к препятствиям, где зарождаются трещины, облегчает раскрытие трещин. [14]