Субструктура сплавов и вопросы прочности


Как уже отмечалось, эффективность фазового наклепа, как и других видов упрочнения сплавов (закалка на мартенсит, холодная пластическая деформация), определяется не только степенью искажения кристаллической решетки (статическими смещениями), но и совершенством строения отдельных кристаллитов (зерен), составляющих структуру любого поликристаллического сплава, и в том числе железа и стали. В ходе развития металловедения и металлофизики было установлено, что обычно наблюдаемые под микроскопом зерна (например, зерна феррита в железе или низкоуглеродистой стали), не являются той первичной, идеально сложенной ячейкой («кирпичом»), из которых складывается вся система, все «здание» сплава. Применение различных приемов обработки и травления позволило обнаружить существование внутри таких зерен субграниц, т. е. границ областей, лежащих в пределах одного и того же зерна, но несколько отличающихся друг от друга ориентировкой. Размеры таких областей лежат в пределах, от легко видимых под микроскопом до таких, которые удается изучать только косвенными методами с привлечением рентгеноструктурного анализа. Металлографически субграницы (фрагменты) легче всего выявляются в холодно деформированном материале, а также в результате процессов старения — выделения (фиг. 8). Однако, и эти участки, ограниченные металлографически выявленными субграницами, не являются первичными идеально построенными кристалликами. Последними являются блоки, размеры которых чаще всего колеблются от нескольких сотен до 10000 атомных диаметров. Совокупность блоков с малой разориентировкой их друг относительно друга составляет тонкое субмикроскопическое мозаичное строение крис-сталла или кристаллита. Фактические размеры блоков и величина их дезориентировки связаны как с биографическими условиями (составом и чистотой сплава, условиями его кристаллизации), так и с условиями последующих обработок, искажающих строение кристалла (поликристаллов)

Наличие различного рода несовершенств кристаллического строения у реальных металлов и сплавов является причиной огромных расхождений (в 10—1000 раз) их фактической прочности по сравнению с теоретической, рассчитанной исходя из сил межатомных связей. Аналогично тому, как измельчение зерна феррита повышает хрупкую прочность (сопротивление отрыву) железа и стали, уменьшение размеров блоков сопровождается увеличением сопротивления пластическим деформациям. В свою очередь пластическая деформация, как и закалка, приводит к дроблению блоков. Чем энергичнее осуществляются эти процессы, тем сильнее измельчаются блоки*. Блоки, как и субзерна при благоприятных условиях (при нагреве) обладают способностью к росту, причем при любой температуре субграницы значительно подвижнее границ.
В закаленной стали фрагментами являются пластинки мартенсита, которые хотя и ориентированы закономерно внутри бывших зерен аустенита, однако имеют различные ориентировки и значительные нарушения кристаллического строения по границам. В свою очередь, эти фрагменты также состоят из блоков, размер которых, будучи примерно на 2 порядка меньше размеров фрагментов, составляет 150—300 Å для кристаллов мартенсита