ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ ПОЛИКРИСТАЛЛА ОТ РАЗМЕРА ЗЕРНА. СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ. ДИСПЕРСИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ
Если от твердых монокристаллов на диаграмме рис. 4.11 двигаться по горизонтали (при постоянной температуре) влево, к все более мелкому зерну, то дальний порядок в системе будет все более нарушаться увеличивающимся количеством межзеренных границ, и в конце концов мы придем, очевидно, к какому-то бесструктурному состоянию. Выше температуры стеклования Тст (то есть выше примерно Тпл/2) такое все большее измельчение зерна должно привести в пределе в область жидкости 4(1) с повышенной вязкостью (см. рис. 4.11). Для сталей это температуры, превышающие Тст 600 0С, для алюминиевых сплавов - температуры выше 200 oС; в случае легкоплавких металлов в эту область попадают комнатные температуры. Ниже Тст аналогичный процесс измельчения зерна поликристалла приведет нас, очевидно, в область стекла 4.
Рис. 4.11. Диаграмма Т - L . Состояния вещества в зависимости от размера зерна и температуры. Стрелками показана траектория термовременной обработки металла
В традиционной теории радиус дальнодействия связей и, соответственно, толщина поверхностных слоев зерен имеют величину порядка нанометра (или порядка диаметра атома). Следовательно, чтобы приблизиться к свойствам жидкости выше Тпл/2 или стекла ниже Тпл/2, требуется чрезвычайно глубокое измельчение зерна до нанометров; это практически недостижимо, поэтому такое приближение к свойствам жидкости или стекла нереально и обычно не обсуждается. В предлагаемой модели жесткость структуры поддерживается стабилизирующими её эффектами с радиусом дальнодействия R порядка коллоидного параметра L, R L 10 мкм, что на 3 - 4 порядка больше по сравнению с традиционной моделью. Поэтому приближение свойств поликристалла ксвойствам жидкости (выше Тпл/2) должно наступить уже при реальном измельчении, при L 10 мкм. В этой области поликристалл перейдет, очевидно, в какое-то особое состояние. Этим особым состоянием является, по нашему мнению, известное состояние сверхпластичности [152]; его наблюдают обычно у легкоплавких сплавов при комнатных температурах, что соответствует условию Т > Тпл/2. Явление сверхпластичности состоит, в частности, в том, что при достаточном измельчении зерна (L 101 мкм) сплав приобретает способность претерпевать без разрушения очень большую степень деформации, которая многократно превышает обычные значения; предел текучести при этом оказывается намного ниже обычного. По обоим параметрам материал как бы приближается к жидкости. При растяжении образца сверхпластичного металла сопротивление материала деформации часто уменьшалось настолько, что не поддавалось измерению, выходило за пределы возможностей установки; удлинение оказывается в 10-100 раз больше обычного [152]. Очень большое удлинение и малое сопротивление свидетельствуют о том, что по ходу растяжения образца успевают пройти процессы релаксации напряжений, "залечивания" возникающих дефектов структуры и, возможно, процессы рекристаллизации. Дефекты не накапливаются по ходу деформации. На межзеренных границах металл приближается , очевидно, к жидкостному поведению. "Размягчение" вещества около межзеренных границ при повышенных температурах Т > Тст фиксируется и другими методами. В частности, модуль сдвига поликристалла здесь становится значительно меньше, чем у монокристалла [153] ( рис 4.12). Это уменьшение зависит от частоты применяемых колебаний и содержит, следовательно, кинетическую компоненту. Ряд исследований свидетельствуют о том что "жидкостными" являются поверхностные слои льда. Этим объясняют аномально низкий коэффициент трения на границе металл-лед [154]. Жидкостное поведение дают частицы дисперсных и ультрадисперсных металлических порошков, которые не только интенсивно спекаются, но даже сливаются как капельки, иногда даже при комнатных температурах [118].
Рис. 4.12. Зависимость модуля сдвига алюминиевого сплава от температуры для монокристаллического (1) и поликристаллического (2) образцов [153] При пониженных температурах Т<Тст измельчение зерна поликристалла должно приближать его свойства уже не к характеристикам жидкости, но к свойствам стекла. Действительно, с приближением размера зерна к величине коллоидного параметра L 10 мкм прочность поликристалла повышается и приближается к прочности стекла. Это широко известное явление называется "дисперсионное упрочнение"; измельчение зерна для повышения прочности и пластичности - одна из важных задач в металлургии. Если от состояния дисперсно-упрочненного, (то есть очень мелкозернистого) поликристалла еще несколько измельчить зерно, то система окажется в состоянии стекла 4 (см. рис. 4.11); такое же небольшое дополнительное измельчение зерна от состояния сверхпластичности приведет систему в область жидкости. Обычно это остается неосознанным; не обсуждается тот факт, что дисперсно-упрочненный и сверхпластичный материал находятся в пограничном, предельном состоянии, на границе области соответственно стекла и жидкости.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ ПОЛИКРИСТАЛЛА ОТ РАЗМЕРА ЗЕРНА. СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ. ДИСПЕРСИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ» з дисципліни «Про кризу кінетичної теорії рідини і затвердіння»
