Дослідження впливу перепадів температур великих діапазонів на руйнування малолегованого молібдену

Залежність нормованого коефіцієнта інтенсивності напружень від співвідношення c/с (а) та температурна залежність тріщиностійкості (б) сплаву ЦМ-10: 1 - стадія I, 2 – стадія II, 3 – експеримент та для стадії II:

Kc
(2)= 2,3 + 76 exp(-0,18/3kT) (6)

До обох виразів увійшла енергія активацій руху дислокацій 0,18 еВ, яка співпадає з величиною цієї енергії, отриманої для молібдену в роботах В.І. Трефілова та Ю.В. Мільмана. Зауважимо, що останнім часом у роботах С. Дж. Робертса та ін. визначено енергії активації руйнування для Мо – 0,185 еВ, Si – 2,1 еВ, Ge – 1,54 еВ, Al2
О3
– 3,2 еВ, Fe - 0,21 еВ, що також узгоджуються із отриманими даними В.І. Трефілова та Ю.В. Мільмана.

Таким чином, залежно від співвідношення c/с змінюється ефективна гострота кінчика підростаючої тріщини, що і є причиною немонотонної залежності тріщиностійкості від температури. Вихід вершини підростаючої тріщини з «тіні» надрізу супроводжується спочатку зниженням тріщиностійкості, а потім відзначається її зростання у зв'язку із зниженням границі плинності.

Розглянуто вплив розміру зерна на механічні властивості при різних температурах випробувань . Границя плинності привсіх температурах випробувань

Залежність границі плинності (а) та тріщиностійкості (б) сплаву ЦМ-10 від розміру зерна при різних температурах випробувань: 1 – 150 К, 2 – 273 К, 3 – 300 К.

Описується рівнянням Холла-Петча . В той же час залежність тріщиностійкості від розміру зерна при низьких температурах має вигляд, подібний до ходу залежності Холла-Петча, але з підвищенням температури хід залежності змінюється . Це обумовлено впливом температури на величину співвідношення розміру пластичної зони у вершині тріщини ry
і розміру зерна d. При низьких температурах ry
/d<1 і тріщиностійкість слабо залежить від розміру зерна, тому що всі процеси проходять в одному зерні. Різке посилення залежності тріщиностійкості від розміру зерна спостерігається при ry
/d≥1, коли пластична зона торкається або виходить за межі зерна.

4 Дослідження впливу на в’язкість руйнування структури та температури при реалізації транскристалітного руйнування

Дослідження проводили на сплавах молібдену МТ та МЧВП. Залежність тріщиностійкості від температури та розміру зерна сплаву МТ . В порівнянні зі сплавом ЦМ-10 для цього сплаву зміна в’язкості руйнування від температури має повністю монотонний характер. Це пов’язано з тим, що у вершині електроіскрового надрізу відразу існує гостра міжзеренна тріщина, розмір якої як мінімум дорівнює розміру зерна і c/с ≥ 1 для всіх температур випробування. Що стосуєтьсявпливурозмірузернанав’язкість руйнування, товданомувипадкузалежність повністю подібна рівнянню Холла-Петча. Відносно слабка залежність тріщиностійкості від розміру зерна при низьких температурах як для транс-, так і для інтеркристалітного руйнування, пов’язана з тим, що пластична зона набагато менша, ніж розмір зерна, і руйнування повністю крихке.

В роботі також розглянуто руйнування сплаву підвищеної чистоти МЧВП. Залежність механічних властивостей сплаву МЧВП від розміру зерна , а механізми руйнування зразків в інтервалах розміру зерен I, II, III.

Отримані дані показують, що в інтервалі розмірів зерна від 14 до 550 мкм спостерігається повна зміна механізму руйнування (від крихкого інтеркристалитного до ямкового). Руйнування крупнозернистих (550-400 мкм) зразків здійснюється інтеркристалітно . Зменшення розміру зерна майже на порядок (65 мкм) призводить до руйнування відколом, якому передує інтенсивне між- та внутрішньозеренне розшарування з формуванням в’язкої тріщини зі стадією підростання . У дрібнозернистих (14-17 мкм) зразках збільшується кількість тріщин розшарування з переходом при руйнуванні від стадії розшарування з відколом до розшарування з ямками. Цікава та обставина, що, незважаючи на високу чистоту молібдену МЧВП, при розмірах зерен 560 і 400 мкм злам його зразків повністю інтеркристалітний. При зменшенні розміру зерна (dз
= 145 мкм) міжзеренне руйнування не здійснюється, а в поверхні зламу з'являються тріщини розшарування; при подальшому зменшенні розміру зерна злам стає практично повністю ямковим, що обумовлено в’язким руйнуванням. Відзначимо, що в нашій роботі вперше встановлено, що зменшення розміру зерна приводить до появи в’язкого (ямкового) руйнування при кімнатній температурі. Таким чином, зменшення розміру зерна призводить до зниження не тільки , що добре відомо, але і .

5 Вплив релаксаційної обробки на в’язкість руйнування сплавів молібдену

Вивчали малолеговані сплави молібдену та сплав Mo-4%Re, деформовані та рекристалізовані при різних температурах. Механічні випробування сплаву проводили на гладких зразках, а малолегованого молібдену – як на гладких зразках, так і на зразках з надрізом. Випробування проводилися за схемою, яка включає в себе таку послідовність процесів: первинне навантаження при температурі Т1
до деформації е1
® зупинка навантаження ® повне розвантаження ®нагрівання (або охолодження) зразка до температури Т2
® повторне навантаження до руйнування. Потім визначали поперечне звуження y2
і напругу Sk2
, порівнювали їх зі значеннями y і Sk
, отриманими при безперервному навантаженні до руйнування при Т2
. Залежність механічних властивостей від температури . Аналіз цих даних дозволяє зробити висновок, що проведення релаксаційної обробки на гладких зразках приводить до збільшення межі плинності та напруги руйнування у два рази, а на надрізаних зразках тріщиностійкість збільшується у 1,5 рази. На нашу думку, цей ефект пов’язаний з затупленням тріщини та закріпленням дислокацій.

Спираючись на отримані дані, в роботі було проведено дослідження впливу температури на добуток К1с
sТ
для сплавів ЦМ-10 та МТ у відпаленому та деформованому стані при дії різних механізмів руйнування. Як видно , для всіх механізмів руйнування сталість добутку дотримується у всьому інтервалі температур. При цьому найнижче значення відповідає інтеркристалітному руйнуванню, середнє – відколу, найвище – відколу з релаксацією. Таку поведінку легко пояснити, виходячи з того, що рівень кривих визначається значенням тріщиностійкості, оскільки величина границі плинності для всіх механізмів руйнування майже однакова, найвище значення тріщиностійкості відповідає руйнуванню відколом з релаксацією, а найнижче - крихкому міжзеренному. Отримані дані для деформованого сплаву ЦМ-10 представлені

Температурна залежність К1с
sТ
на низькотемпературній ділянці відсутня, а після 250 о
С спостерігається різке підвищення К1с
sТ
для всіх температур і ступенів деформації. Фрактографічні дослідження показали, що при низьких температурах випробування до 250 о
С зразки руйнуються відколом, а при більш високих температурах на поверхні руйнування з'являються тріщини розшарування, тобто при 250 о
С відбувається зміна механізму руйнування від відколу до поєднання відколу з розшаруванням. Поява тріщин розшарування різко підвищує тріщиностійкість по механізму Гордона-Кука. Ця зміна механізму руйнування призводить до того, що сталість виразу К1с
sТ
=const не дотримується.

Висновки

1. Встановлено (на прикладі сплаву молібдену ЦМ-10 з розміром зерна 300-400 мкм), що при транскристалітному руйнуванні температурна залежність тріщиностійкості при переході з крихкого стану до пластичного має немонотонний характер і складається з двох ділянок: 1 - без субкритичного підростання; 2 - із субкритичним підростанням тріщини перед переходом у катастрофічний долом.

2. Проведеними розрахунками показано, що залежно від співвідношення c/с ( c- довжина тріщини у вершині надрізу, с - радіус скругления вершини) змінюється ефективна гострота кінчика підростаючої тріщини, що і є причиною немонотонної залежності тріщиностійкості від температури.

Встановлена різка ( S- подібна) зміна концентрації напруг в вершині тріщини при c/с≥1. Вихід вершини підростаючої тріщини з «тіні» надрізу супроводжується спочатку зниженням тріщиностійкості, а потім відмічається її ріст, обумовлений триваючим зниженням границі плинності.

3. Визначено, що величина енергії активації процесу, що контролює температурну залежність тріщиностійкості, відповідає величині енергії активації руху дислокацій, оцінка якої проведена по температурній залежності границі плинності відповідно до підходу В.І.Трефілова та Ю.В.Мільмана.

4. Виявлено посилення залежності тріщиностійкості від розміру зерна при підвищенні температури.Цезумовлено залежністю величини співвідношення розмірів пластичної зони в вершині тріщини ry
і зерна d від температури. При низьких температурах (ry
/d<1) тріщиностійкість слабко залежить від розміру зерна. Різке посилення залежності тріщиностійкості від розміру зерна спостерігається при ry
/ d≥1.

5. Показано, що при інтеркристалітному характері руйнування, на відміну від транскристалітного, у вивченому діапазоні розмірів зерен і температур залежність тріщиностійкості сплаву МТ від розміру зерна відповідає вигляду рівняння Холла-Петча. Це обумовлено тим, що розмір пластичної зони істотно менше розміру зерна та ефект «торкання» пластичної зони границі зерна не має місця.

Література

1. Баньковский О.И. Трещиностойкость молибденового листа при переходе из хрупкого состояния в пластичное/ О.И. Баньковский, А.Д.Васильев, А.Ю. Коваль [и др.] // Электронная микроскопия и прочность материалов. - Киев, 1989. - С. 52-58.

2. Коваль А.Ю. Вязко-хрупкий переход в крупнозернистых сплавах Mo+4%Re и МЧВП / А.Ю Коваль., А.Н. Щербань., В.Ф., Моисеев [и др.] // Электронная микроскопия и прочность материалов. - Киев, 1989. - С. 58-68.

3. Коваль А.Ю. Температурная зависимость разрушающего напряжения в области хрупкого разрушения / А.Ю. Коваль, А.Н. Щербань., В.Ф. Моисеев [и др.] // Пробл. прочности. – 1991. - № 11. – С. 57-62.

4. Горная И.Д. Повышение пластичности молибдена за счет релаксации при разгрузке и повторной деформации / И.Д. Горная, А.Ю. Коваль, В.Ф. Моисеев // Электронная микроскопия и прочность материалов. – Киев, 1994. - С. 70-78.

5. Коваль А.Ю. Влияние релаксационной обработки на разрушение молибдена / А.Ю. Коваль, Э.П. Печковский, Е.П. Полищук // Пробл. прочности. – 1995. - №7. – С. 73-80.

6. Коваль А.Ю. Трещиностойкость предварительно деформированного молибдена / А.Ю. Коваль, Э.П. Печковский, Е.П. Полищук [и др.] // Металлофизика и новейшие технологии. – 1995. – Т.17, № 7. – С. 72-80.