Динаміка дислокацій у приповерхневому шарі при наявності плівок і покриттів

 

За сучасними уявленнями про руйнування матеріалу передбачається, що покриття й плівка (шар), перешкоджаючи виходу дислокацій на поверхню, може в одних випадках зміцнювати основний матеріал, а в інших – розміцнювати. Ефект впливу покриттів на основний матеріал буде залежати від умов, які визначають динаміку дислокацій на поверхні розділу.

Всі відомі теорії про вплив покриттів на міцні характеристики мають загальне припущення: між плівкою й самими верхніми шарами основи відбувається особлива взаємодія (ближнє або дальнє), що і викликає ефект зміцнення (знеміцнення) плівки.

На рис.8.9 представлена залежність між силою і відстанню для дислокацій у приповерхнево – легованій зоні (ПЛЗ).

Зовнішня сила, яка переміщує дислокації через об’єм кристала дорівнює

(8.63)

Зміна сили відбувається за рахунок поляризаційної сили при тяжіння біля вільної поверхні твердого тіла

(8.64)

де L – відстань від дислокації до поверхні; G – модуль зсуву; b – вектор Бюргера.

Результуюча сила зображена на рис.8.9, а – в правій частині.

 

У випадку нанесення на поверхню твердого тіла покриттів на дислокації, що перебувають у приповерхневих шарах, діє поляризаційна сила , обумовлена градієнтом модуля зсуву на границі між покриттям G ₂ і поверхнею G ₁. Ця сила записується у вигляді

(8.65)

При цьому, якщо модуль зсуву покриття G₂ вище модуля зсуву матриці G₁, то на дислокацію буде діяти сила відштовхування, тобто спостерігається зміцнення покриття.

Якщо G ₂ < G ₁, то дислокації будуть притягатися до покриття, що характеризує процес незміцнення.

Результат дії цих сил зображений для тонких покриттів на рис.8.9, б, а для товстих покриттів – на рис.8.9, г.

 

 

Рис.8.9. Залежність між силою і відстанню для дислокацій поверхнево-легованій зоні (ПЛЗ)

 

При наявності дифузійного шару (легована зона) необхідно враховувати зміну градієнта модуля зсуву, обумовленого градієнтом концентрації легуючих елементів у приповерхневій зоні.

Тоді результуюча сила за рахунок сили , обумовленій зміцненням на твердий розчин, буде зображена у вигляді кривої (г), а за рахунок сили , обумовленій сітками дислокацій невідповідності – у вигляді кривої (д) на рис.8.9.

 

 

Розділ 9. Загальна характеристика впливу середовищ на властивості металів

Групи середовищ

Відповідно до відомої класифікації, робочі середовища (рідкі та газові) при заданих умовах поділяються на такі групи.

1. Неактивні середовища. Тобто такі які не впливають на властивості тіла.

До них відносяться деякі спектpально чисті інертні гази (аргон, гелій).

2. Поверхнево-активні середовища (фізично активні), тобто такі які впливають на властивості тіла, але не вступають із ними в хімічну взаємодію;

Це хімічно неактивні або слабко активні середовища, такі як розчини поверхнево-активних речовин у вуглеводні та у деяких випадках у воді, а також деяких легкоплавких рідких металів. Із цих середовищ виникає адсорбція повеpхнево-активних елементів на поверхні металу, а також у середині його, на стінках дефектів, має місце руйнування металів, адсорбційна втома та ряд інших явищ.

3. Коpозійно-активні (хімічно активні) середовища, тобто, такі які впливають на властивості тіла в результаті хімічної взаємодії з ним (виникнення хімічних зв'язків).

До них належать деякі гази, вода та інші водні розчини (електроліти), розплави солей. Вони викликають хімічну або електрохімічну корозію, знижуючи пластичність, міцність і довговічність конструкційних металів. У цих середовищах може спостерігатися розтріскування металу, який перебуває під механічним напруженням (у тому числі під залишковими напруженнями) і корозійна втома металу.

Збільшення темпеpатуpи підсилює корозійний вплив на метал.

4. Середовища які адсорбуються об'ємом металу, але не вступають із ним у хімічний зв'язок і не утворюють твердих розчинів.

До таких середовищ ставиться водень, який оклюдується сталлю, і що викликає явище водневої крихкості сталі.

5. Середовища, які розчиняють конструкційний метал.

Це — деякі легкоплавкі рідкі метали. Розчинення твердого металу регулюється процесами дифузії й конвекції в рідкому металі. Ці середовища особливо сильно знижують міцність, довговічність і пластичність у випадку вибіркового розчинення деяких компонентів.

Однак при наявності концентpатоpів напружень на металевій деталі під дією цих середовищ, так само як і корозійних, може спостерігатися підвищення міцності й довговічності, що пояснюється розчиненням гострих концентраторів напружень.

6. Середовища, які утворюють з конструкційними металами тверді розчини.

До таких середовищ відносяться деякі рідкі метали, вуглець, азот та ін. Виникнення твердих розчинів активізує темпеpатуpа та механічні напруження, а також частота прикладення циклічних напружень. Виникнення твердих розчинів під впливом середовища може призвести до підвищення міцності, довговічності, твердості й до зниження пластичності конструкційного металу.

7. Середовища, які створюють з конструкційним металом новіхімічні сполуки.

До них належать деякі рідкі метали та хімічні речовини. Вплив цих середовищ на міцність довговічність і пластичність металу залежить від механічних властивостей хімічної сполуки, що виникає.

8. Радіаційні середовища.

У процесі розпаду радіоактивних речовин, наприклад урану, крім осколків розподілу з'являється деяка кількість нейтронів з високою енергією, дія яких змінює властивості металів. Ці середовища можуть також активувати інші середовища.

9. Середовища, які викликають ерозійне або кавітаційне ураження конструкційного металу, яке виникає, коли середовище переміщується з певною швидкістю.