m
h
(2.2)
bu erda
- deformatsiya;
- kuchlanish; h - puxtalanish koeffitsienti; m -
geksagonal kristallar uchun „1‟ ga, kub kristallar uchun „2‟ ga teng bo‟lgan
o‟zgarmas son.
Deformatsion puxtalanish dislokatsiyalarning sekinlashishiga bog'liq.
Materialda dislokatsiyalarning ko'chishi qancha qiyin bo'lsa, deformatsion
puxtalanish koeffitsienti shunca katta bo‟ladi. Plastikli deformatsiya jarayonida
dislokatsiyalar harakatiga bir qator omillar to'sqinlik qiladi, ularning eng
muhimlari:
-
boshqa dislokatsiyalar tomonidan hosil bo‟lgan kuchlanish
maydonlari;
-
donalar va donalararo chegaralari;
-
erigan moddalarning aratomlari;
-
boshqa fazalarning zarrachari;
-
sirt qoplamalari.
Yuqoridagi omillarning umumiy ta'siri har birining yig‟indisi deb
taxmin qilsak, deformatsion puxtalanish hisobiga materialning oquvchanlik
chegarasining o‟sishini quyidagicha ifodalash mumkin:
34
(2.3)
bu erda
д
– dislokatsiyalar harakatiga boshqa dislokatsiyalar tomonidan
ko‟rsatilgan qarshilik;
b.q
– dislokatsiyalarni erigan qo‟shimchalarning atomlari
bilan o'zaro ta'siri tufayli hosil bo‟ladigan qarshilik;
d.z.
– dislokatsiyalarni
ikkinchi fazaning dispers zarrachalari bilan tufayli hosil bo‟ladigan qarshilik.
Kristalldagi dislokatsiyalar tomonidan harakatga qarshilik quyidagilardan
kelib chiqadi: sirpanuvchi dislokatsiya kesib o‟tayotgan tekisliklarda yotgan
dislokatsiyalar „o‟rmoni‟dan hamda sirpanish tekisligiga parallel tekisklarda
yotgan dislokatsiyalarning o‟zaro elastiklik ta‟siridan.
Nazariy va tajriba tadqiqotlarga muvofiq, mustahkamlik harakatlanayotgan
dislokatsiyani boshqa dislokatsiyalar tomonidan sekinlashtirishi qoniqarli tarzda
quyidagi ifoda bilan tavsiflanadi:
√
(2.4)
bu erda
- dislokatsiyalarninig umumiy zichligi;
н
–dislokatsiyalarning
teng taqsimlanganligini ifodalovchi parametr;
-tajriba yo‟li bilan aniqlanadigan
panjara va materialning turiga bog'liq bo'lgan koeffitsient; G – siljish moduli
11
; b –
Burgers vektori.
Erigan elementlarning atomlari tomonidan dislokatsiya harakatiga
qarshilik ko‟rsatish to'rtta o'zaro ta'sirlardan kelib chiqadi:
- birinchi turdagi elastik ta‟sir (o'lchovli o‟zaro ta‟sir);
- ikkinchi turdagi elastik ta‟sir (elastiklik moduli bo‟yicha o'zaro ta'sir);
- kimyoviy o‟zaro ta‟sir;
- elektrik (kulonli) o'zaro ta'siri
Har bir turdagi ta‟sir kristalldagi atomlararo aloqalarning tabiati,
qo‟shimchalarning turi va boshqa omillarga bog'liq bo'lgani uchun, yuqorida sanab
o'tilgan o'zaro ta'sirlardan birini yoki ularning majmuasini ta‟siri bo‟lishi ustunroq
bo'lishi mumkin.
Birinchi turdagi elastik o'zarota'siri, dislokatsiya va atom chiqindisi atrofida
elastik kuchlanish maydoni mavjudligi bilan bog'liq. Begona atomning atrofidagi
kuchlanish ishorasi, asos atomining radiusi „r
a
‟ va begona atomining radiusi r
ch
lariga bog'liq. r
ch
< r
a
bo‟lganda o‟rin almashish eritmalarda, asosning
almashtiruvchi atomlari dislokatsiya atrofidagi siqilgan hududga harakatlanadi.
Singdirilgan atomlar hamda asos atomlarni almashtiradigan r
ch
> r
a
sharni
qanoatlantiradigan qo‟shimchalarning atomlari doim dislikatsiyalarning cho‟zilgan
zonasiga tortiladi. Bunday o'zaro ta'sirlar chegaraviy dislokatsiyalar bilan
bog'liq bo'lib, ular atrofida dislokatsiyani qotirib qo‟yadigan qo‟shimchalarning
atomlar buluti hosil qiladi. Ushbu bulutlar Kottrell atmosferalari deb ataladi.
11
Siljish moduli (G)
– urinma kuchlanishni sijjish burchgiga nisbati; po’lat uchun G=80GPa, cho’yan uchun
G=45GPa.
35
Kottrell atmosferalarining roli tarkibida singish qo‟shimchalar, ayniqsa uglerod
va azot kabi qo‟shimchalar bo‟lgan metallarda juda yuqori bo‟ladi.
Elastik o'zaro ta'sirining ikkinchi turi, qo‟shimcha atomlar va vakansiyalar
matritsaga ko'ra kam va ularning elastik xusussiyatlari boshqacha bo‟lganidan
kelib chiqadi. Shuning uchun, dislokatsiya harakati tufayli sarflangan ish
odatdagi elastik o‟zaro ta‟siri tufayli hosil bo‟lgan ishdan farq qiladi. Elastiklik
moduli
bo‟yicha
o'zaro
ta'sir
dislokatsiya
atrofida
vakansiyalar
kontsentratsiyasining oshishiga olib keladi.
Parchalangan dislokatsiyalar mavjud bo'lganda kimyoviy o‟zaro ta‟sir
paydo bo'ladi. Bunday holda, qo‟shimcha atomining panjaraning nuqsonini ustiga
tushishi shu joyda metallning elektron strukturasini va shuningdek atomlararo
aloqaning xusussiyatini o'zgartiradi
.
Bunday o'zgarishlar panjaraning solishtirma
energiyasini pasayishiga va parchalanishning kuchayishiga olib kelishi mumkin,
bu esa qo‟shimcha atomlarini panjaraning nuqsoniga qarab harakatlaninshi uchun
energetik jihatdan qulay sharoit yaratadi.
Panjaraning nuqson qatlamidagi
qo‟shimchalarning yuqori miqdori yig‟ilishi Suzuki atmosferasi deb ataladi. U
hosil bo'lganda dislokatsiyalar energiyasi kamayadi, bu esa dislokatsiyani
siljimasligiga olib keladi
.
Elektr (Kulon) o‟zaro ta‟siri ba'zi kristalli strukturalarda namoyon bo'ladi
va u quyidagilardan iborat. Ikkita oddiy dislokatsiyani qo‟shilishi natijasida
boshqa
yo'nalishdagi
murakkab
dislokatsiya
hosil
bo‟ladi.
Bunday
dislokatsiyalarning muhim jihati ekstratekislikning chetida uzilgan (to'yinmagan)
aloqalarning mavjudligidir. Dislokatsiyalarda uzilgan aloqalar elektronlarni ushlab
oluvchi akseptorlar (manbalar), bo‟lib, ular dislokatsiyalar va musbat ionlar
o'rtasidagi o'zaro kulon ta'sirini yaratadi. Metalllarga nisbatan elektr o‟zaro ta‟sir
sezilarli ahamiyatga ega emas.
Ikkinchi fazaning dispersli zarrachalar sababli puxtalanish bevosita va
bilvosita bo'lishi mumkin. Bevosita puxtalanish plastik deformatsiya jarayonida
siljib borayotgan dislokatsiyalarga to‟siq bolgan dispers zarrachalar va
dislokatsiyalarni o'zaro ta'siri bilan bog‟liq.
Bilvosita o'zaro ta'sir ikkinchi fazaning
dispers zarrachalari mavjud bo'lganda, bir tekis bo‟lmagan strukturaning
barqarorligini va rekristalizatsiya temperaturasining oshishi mumkinligi bilan
bog'liq. Bevosita o'zaro ta'sir qilish Orovan modeli yordamida ifodalanadi, unga
muvofiq qo‟shimcha zo‟riqish ikkinchi fazaning qo'shni zarrachalari orasidagi
dislokatsiyani bukilishi zaruriyati bilan belgilanadi va keyinchalik zarrachalarni
Frank-Rid ko'payish mexanizmiga o'xshash mexanizm boyicha o‟tib ketadi
.
Puxtalanish miqdori quyidagi formula bilan baholanishi mumkin:
(
)
(
)
(
2.5)
bu yerda
- Puasson koeffitsienti; L – zarrachalar markazlari orasidagi
masofa; d - ikkinchi fazaning zarrachasining o'rtacha o'lchami.
36
Puxtalanish hosil bo‟lishiga nafaqat muvozanat holatdagi fazalar, balki
Ansell-Linnel mexanizmi orqali dislokatsiya harakat davomida paydo bo‟ladigan,
metastabil yarim kogerent birikmalar, yoki Gin‟ye - Preston zonalari ham olib
keladi. Buning uchun zarur bo'lgan qo'shimcha kuchlanish quyidagi ifoda bilan
belgilanadi:
⁄
(2.6)
bu yerda
G - zarracha va matritsaning siljish modullarining farqi.
Shunday qilib, deformatsion puxtalanish dislokatsiya zichligini oshishi,
ularning harakatchanligini to‟xtatishga qaratilgan omillar va dislokatsion
strukturalarning kuch va issiqlik ta'siriga nisbatan stabilligi bilan belgilanadi.
Mustahkamlikni, ya'ni siljishga qarshilikni oshishi degani bu kristalldagi
to‟xtatilgan dislokatsiyalarning zichligini oshishi va bir vaqtning o‟zida oson
harakatlanuvchi dislokatsiyalarni yoqotilishidir. Ushbu maqsadga erishishning
eng samarali va texnik jihatdan o‟zini oqlaydigan usullardan biri, metallni bir
necha marta qaytariladigan kichik miqdorda deformatsiyalab, hosil bo‟ladigan
dislikatsiyalarni deformatsion qaritish kabi termik yo‟li bilan to‟xtatishdir.
Dislokatsiyalar nazariyasi dislokatsiya ko‟payishni ta‟minlaydigan bir
nechta mexanizmlarni (Frank-Reed va Bardin-Herring manbalari) ko‟rib chiqadi,
bularda chetlari qotirilgan dislokatsiya dislokatsiyalar manbasi sifatida qabul
qilinadi. Plastik deformatsiyalashda, paydo bo'lgan kuchlanish dislokatsiya
chizig'ini yoy shaklga egishga harakat qiladi, (2.2. rasm), chiziqli kuchlanish esa
uni to'g'rilashga intiladi. Ta‟sir qilayotgan kuch tiklovchi kuch bilan
muvozanatlashganda yoyining radiusi „r‟ quyidagicha aniqlanadi:
(2.7)
Tangentsial ‟τ‟ kuchlanishni oshishi bilan yoy yana ham ko‟proq egiladi,
uning radiusi esa kichrayadi. Yoy yarim aylana bo‟lgandan keyin uning radiusi
quyidagicha bo‟ladi:
(2.8)
bu yerda L – dislokatsiyaning uzunligi.
Bu minimal radiusga mos keladigan tangentsial kuchlanishning maksimal
qiymati quyidagicha aniqlanadi:
(2.9)
kr
ning har qanday qiymatida yoy barqaror bo‟ladi va har bir
kuchlanish qiymati uchun radiusning uziga hos qiymati mos keladi. Agar yoy
yarim aylana yetmagan bo‟lsa, tangentsial kuchlanish kamayishi bilan taranglik
kuchi yoyni elastik ravishda to‟g‟rilaydi.
37
Dislokatsiya chizig‟i o‟tayotgan maydon siljish hosil bo‟lib o‟tgan
maydondir. Ta‟sir qilayotgan kuchdan hosil bo‟lgan tangentsial kuchlanishning
yo'nalishi har doim o'zgarmas bo‟ladi va dislokatsiyaga ta‟zir etayotgan kuch esa f
= b
ga teng bo‟lib, har bir nuqtada dislokatsiya chizig'iga tik, ya‟ni yoy radiusi
bo‟lab yo‟nalgan bo‟ladi.
Yoynig radiusi r =
(2.2a rasmda DD
1
- chiziq) dan r = r
кr
(2.2b rasmda
yarim aulana) gacha o‟zgarishi tangentsial kuchlanishni noldan
кр
gacha uzliksiz
oshib borishini talab qiladi. Tangentsial kuchlanishlar kritik qiymatlaridan oshib
ketganda, ilmoqni kengayishi yoy radiusini oshib ketishiga olib keladi, va
dislokatsiyalar chizig‟i nostabil holatga keladi. Bu holatda, kuchlanish
кр
dan
kichik bo‟lib, o‟zgarmas bo‟lganda ham, dislokatsiya ilmog‟i o'z-o'zidan
kengayib, yanada kattaroq maydonni egallaydi. (2.2 rasm c va d).
Kengayatgan ilmoq D va D
1
nuqtalarida mahkamlangan bo'lib qoladi va
shuning uchun ilmoq ushbu nuqtalar atrofida har doim dislokatsiyalar chizig‟iga
tik yo‟nalgan f = b
kuch ta'sirida simmetrik spiral ko‟rinishda o‟raladi. Bu
ketishda, dislokatsiyaning ikki simmetrik spiral qismlari bir-biriga tegadi. Teggan
nuqtada qarama-qarshi ishorali dislokatsiyalar qismlari uchrashadi. Ular o'zaro
yo'qaladi, natijada bitta dislokatsiya ikkitaga ajraladi: yopiq ilmoqqa va ikkita
yoydan tashkil topgan DCD
1
dislokatsiyaga (2.2.rasm.e).
Yopiq dislokatsiya ilmog‟i D va D
1
nuqtalariga bog'lanmagan. Tangentsial
kuchlanish ta'sirida u hamma tomonga cheksiz tarqalishi va, agar boshqa to'siqlar
bo'lmasa, kristalning sirtiga chiqishi mumkin.
2.2.rasm. Frank-Rid yassi manba yordamida dislokatsiya ilmog‟ining
shakllanishi
DCD
1
dislokatsiyasi, kuch va chiziqli kuchlanish ta'sirida tekislanib
boradi, uning uzunligini DD
1
gacha qisqaradi, ya'ni dislokatsiyaning boshlang'ich
38
holatiga keladi. Shunday qilib, Frank-Rid manbasi bitta siljish tekislikda cheksiz
ko'p dislokatsiya ilmoqlarni hosil qilishi va bu tekislikda sezilarli siljishni
yaratishi mumkin.
Dislokatsiyalarning boshqa manbalari haqida nazariy taqdimotlari Frank-
Reed modeliga asoslangan va undan manbaining fazodagi joylashishi va
dislokatsiya ilmog‟ining harakatlanish shakli bilan farqlanadi
.
Dislokatsiyalar zichligining plastik deformatsiya darajasiga bog'liqligi Van-
Gyurerning empirik tenglamasi bilan tavsiflanadi:
√
(2.10)
bu erda ρ
0
-dislokatsiyalarning boshlang'ich zichligi;
- plastik
deformatsiyaning darajasi.
Materiallarning deformatsion puxtalanishga moyilligi ko'plab omillarga,
xususan, kristall panjaraning turiga, strukturasiga, legirlovchi elementlarning va
qoshimcha moddalarning kontsentratsiyasiga, shuningdek deformatsiyalanishda
polimorf o'zgarishlarga moyilligiga bog'liq. Masalan, yoqlari markazlashgan kub
panjaraning kristalografik tuzilishida ko‟plab siljish tekisliklari, geksagonal
panjarada faqat bitta siljish tekisligi, hajmi markazlashgan kubda esa eng ko‟p
siljish tekisliklari mavjud. Siljish tekisliklar tizimlari qancha ko'p bo'lsa,
materialning deformatsion puxtalanish moyilligi shunchalik yuqori bo‟ladi.
Deformatsion puxtalanishning texnologik tavsiflaridan biri puxtalanish
darajasi, ya‟ni deformatsiya jarayonida qattiqlikni nisbiy ortishi:
⁄
(2.11)
bu erda
HV– deformatsialashda qattiqlikning ortishi; HV- boshlang‟ich
qattiqlik.
Po'lat qancha yumshoq bo‟lsa, puxtalanish darajasi shuncha yuqori
bo'ladi. Masalan, sirt deformatsiyasi natijasida toblanmagan po'latning qattiqligi
100% dan ortiq foizga oshishi mumkin, toblangan po‟latda esa faqat 10..15%.
Qattiqlikning oshishi deformatsiyalangan po'latning strukturasiga bog‟liq.
Puxtalanishga eng moyil struktura – bu ferrit strukturasi, moyilligi eng kam -perlit
va sorbit stukturalari.
Austenit deformatsiyalanishida qisman martensit strukturasiga o‟tishi
mumkin, bu esa qattiqlikning oshishiga olib keladi. Martensitni deformasyon
puxtalanishi dislokatsiyalar zichligining oshishi va qoldiq austenitning martensitga
o‟tishi va yuqori dispersli karbid zarralarining ajralishi bilan bogliq bo‟lib,
puxtalanish sabablarning oxirgisi ba'zan katta roli o‟ynaydi. 2.3 rasmda plastik
deformatsiyalash natijasida turli strukturaviy holatdagi uglerodli va legirlangan
po'latlarning qattiqligi nisbatan ortishi ko‟rsatilgan.
39
2.3.rasm. Plastik deforma-tsiya jarayonida uglerodli va legirlangan
po‟latlar qattiqligining nisbiy ortishi. I-ferrit va perlit; II-perlit; III-sorbit; IV-
troostit va martensit.
Plastik deformatsiya metall va qotishmalarning termodinamik
potensiyalinini (kimyoviy potensiyalinin) kristal panjaralardagi buzilish va
nuqsonlar bilan bog'liq bo‟lgan puxtalanish energiyani yig‟ilishi tufayli
o'zgartiradi. Plastik deformatsiyalashda kimyoviy potensiyal deformatsiya
darajasining oshishi bilan boshida intensiv ravishda ortadi, keyin esa intensivlik
bilan kamayib, to'yinishga intiladi. Uning mutlaq solishtirma qiymati plastik
deformatsiya tufayli paydo bo‟layotgan strukturaviy nuqsonlarning miqdori va
energiyasiga hamda ularning harakatchanligiga bog'liq. Alyuminiyni plastik
deformatsiyalashda, yutiladigan ichki energiya 2% dan oshmaydi, po'latlarni
deformatsiyalashda 10...12% gacha bo‟ladi. Masalan, po'latlarning deformatsiyasi
darajasi 90% ga teng bo'lganda, yutilgan ichki energiyaning mutlaq qiymati 42
kDj/kg ga etadi. Ichki energiya ortishi kristalli strukturadagi nuqsonlarning
harakatlanishini kamayishiga olib keladi. Strukturaviy nuqsonlarning hosil bo‟lish
energiyasi kristall panjaraning turiga va legirlanganlik darajasiga bog'liq. Sof
metallarning HMK va YoMK panjaralar uchun vakansiyasiyalarning energiya
hosil qilish qiymatlari (Е
0
), ularning ko‟chish faolligi (Е
М
) va o'z-o'zini
diffuziyalash faolligi 2.1-jadvalda keltirilgan.
Metalldagi
vakansiyalar
termodinamik
jihatdan
muvozanatlangan
kontsentratsiyasi temperaturaga bog'liq:
Do'stlaringiz bilan baham: |