Физическая теория полезной длительной прочности металлических кристаллов

Abstract

В рамках выдвинутой концепции полезной, т.е. исключающей разрушение, длительной прочности металлических кристаллов проведены теоретические и экспериментальные исследования физической природы микротекучести и дислокационной релаксации напряжений. Выполнен активационный анализ механизма прерывистого (повторного) закрепления дислокаций и разделены вклады силового взаимодействия и термической активации связанных дислокаций, обеспечивающие преодоление близкодействующих барьеров в нанообъемах первичных -твердых растворов. Показано, что для исследованного механизма с увеличением времени релаксации термически активированное напряжение стремится к атермической компоненте, а энергия, подведенная к барьерам по термофлуктуационному механизму, линейно повышается до величины потенциального барьера сопротивления движению дислокаций. Сформулирован физический (дислокационный) критерий полезной длительной прочности, учитывающий влияние кристаллической и дефектной структуры на локализацию (полос) сдвига в процессе накопления микроскопической деформации ниже макроскопического предела текучести. Теоретические исследования релаксации напряжений согласуются с данными, полученными для новых экспериментальных сплавов системы Mg–Al–Ca (Ti) с улучшенными характеристиками сопротивления ползучести (с допуском на деформацию ε ~ 0,2...0,4% при έ ~ 10⁻⁹ ... 10⁻¹⁰ c⁻¹) и длительной прочности (70 МПа в течение 200 ч без разрушения), повышающими термическую стабильность дислокационной структуры на 423...473 К. К

У рамках висуненої концепції корисної, тобто виключаючої руйнування, тривалої міцності металевих кристалів проведено теоретичні й експериментальні дослідження фізичної природи мікроплинності і дислокаційної релаксації напружень. Виконано активаційний аналіз механізму переривчастого (повторного) закріплення дислокацій і розділено вклади силової взаємодії і термічної активації зв’язаних дислокацій, що забезпечують подолання близькодійних бар’єрів у нанооб’ємах первинних -твердих розчинів. Показано, що для дослідженого механізму зі збільшенням часу релаксації термічно активоване напруження прагне до атермічної компоненти, а енергія, що підведена до бар’єрів по термофлуктуаційному механізму, лінійно підвищується до величини потенціального бар’єра опору руху дислокацій. Сформульовано фізичний (дислокаційний) критерій корисної тривалої міцності, що враховує вплив кристалічної і дефектної структури на локалізацію (смуг) зсуву в процесі накопичення мікроскопічної деформації нижче за макроскопічну границю текучості. Теоретичні дослідження релаксації напружень узгоджуються з даними, отриманими для нових експериментальних сплавів системи Mg–Al–Ca (Ti) з поліпшеними характеристиками опору повзучості (із допуском на деформацію ε ~ 0,2 ... 0,4 % при έ ~ 10⁻⁹ ... 10⁻¹⁰ c⁻¹) і тривалій міцності (70 МПа протягом 200 год без руйнування), що підвищують термічну стабільність дислокаційної структури на 423...473 К.

Within the proposed concept of useful, i.e., excluding fracture, strength of metallic crystals, theoretical and experimental studies on the physical nature of microyield and dislocation stress relaxation were carried out. Activation analysis of the intermittent (repeated) dislocation pinning mechanism was performed and the contributions of mechanical interaction and thermal activation of anchored dislocations are shared that ensure escaping the short-range barriers in the nanovolumes of primary -solid solutions. It is shown that in case of the examined mechanism, thermoactivated stress tends to the athermic component with relaxation time, and energy, applied to the barriers by the thermofluctuation mechanism, increases linearly up to the potential dislocation motion resistance barrier. The physical (dislocation) criterion of useful strength was formulated, accounting for the crystalline and faulted structure effects on the shear band localization in the process of microscopic strain accumulation below the macroscopic yield stress. Theoretical investigations of stress relaxation are consistent with the data, produced for new experimental alloys of a Mg–Al–Ca (Ti) system with improved creep resistance (with allowance for the strain ε ~ 0,2 ... 0,4 % at έ ~ 10⁻⁹ ... 10⁻¹⁰ c⁻¹) and strength (70 MPa for 200 h without fracture) characteristics, enhancing the thermal stability of the dislocation structure by 423–473 K.