Твердорастворный механизм упрочнения.

В результате легирования приповерхностного слоя металла атомами других элементов с помощью воздействия концентрированных потоков может происходить формирование твердых растворов. В этом случае, как правило, образуются неупорядоченные твердые растворы, в которых за счет размерного несоответствия атомов матрицы и легирующего элемента возникают поля упругих напряжений, способствующие торможению движущихся дислокаций при пластической деформации и, как следствие, повышению прочностных характеристик. Согласно теории Мотта-Набарро, приращение предела текучести при твердорастворном механизме упрочнения может быть представлено в следующем виде:

где GM - модуль сдвига матрицы; с - концентрация легирующего элемента в твердом растворе; т - ориентационный множитель; Ьа - параметр несоответствия, определяемый следующим образом:

где а - параметр решетки.

В более точной теории Фляйшера учитывается не только несоответствие атомных размеров матрицы и легирующего элемента, но и несоответствие их упругих постоянных. Тогда увеличение предела текучести может быть записано как

где параметр несоответствия 5 определяет также и несоответствие модулей сдвига:

где постоянная а принимается равной 3 для краевых дислокаций и равной 16 для винтовых дислокаций.

Дисперсионный механизм упрочнения.

При повышении концентрации легирующих элементов в приповерхностных модифицированных слоях металлов возможно образование вторых фаз, в частности интерметаллидных соединений, а также оксидных, нитридных, карбидных частиц.

Согласно теории Орована, изменение предела текучести в этом случае определяется размером этих частиц и расстоянием между ними:

где L - среднее расстояние между частицами; D - диаметр частиц; Ъ - величина вектора Бюргерса дислокации; F - коэффициент, определяющий тип взаимодействия дислокаций с частицами. Обычно для расчетов берут усредненное значение этого коэффициента для винтовой и краевой дислокаций F - (2-v)/2(l-v), где v - коэффициент Пуассона.

Деформационный механизм упрочнения.

Механические напряжения, возникающие в приповерхностном слое материала после воздействия высокоэнергетического потока, в частности термоупругие напряжения, обусловленные скоростным охлаждением закристаллизовавшегося слоя, приводят к формированию дислокационной структуры. При этом плотность дислокаций может достигать значений, характерных для сильнодефор- мированных металлов. Рост плотности дислокаций приводит к их взаимодействию между собой и торможению в процессе движения, повышая тем самым напряжение текучести:

где р - плотность дислокаций; произведение та обычно принимается равным 0,5.

Зернограничный механизм упрочнения.

Кристаллизация приповерхностного слоя материала, расплавленного воздействием высокоэнергетического потока, осуществляется с большой скоростью, что способствует формированию мелкокристаллической структуры. Наличие в такой структуре большого числа межзеренных границ, являющихся эффективными барьерами для движения дислокаций, препятствует развитию скольжения. В этом случае повышение предела текучести описывается экспериментально установленным законом Холла-Петча:

где d - средний размер зерен; а0 и К - постоянные величины.

Следует также заметить, что в большинстве случаев при воздействии концентрированными потоками энергии на материал увеличение микротвердости его модифицированного приповерхностного слоя происходит в результате совокупного действия нескольких механизмов упрочнения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >