Материал: Колачев, Б. А. Механические свойства титана и его сплавов

внутренние давления, в то время как в металлах второй группы это давление ничтожно мало. Основные законо­ мерности обратимой водородной хрупкости одинаковы для всех металлов независимо от того, образуются в них гидриды или нет. Специфическая структура переходных металлов также не играет определяющей роли, так как эта хрупкость наблюдается и в непереходных металлах.

Поэтому в механизме водородной хрупкости этих металлов должно быть нечто общее, не зависящее ни от их кристаллической структуры, ни от внутреннего давле­ ния водорода, ни от наличия гидридов, хотя эти факто­ ры несомненно должны существенно изменять детали этого механизма. Общим в процессах, приводящих к во­ дородной хрупкости, является дислокационная природа как механизма пластической деформации, так и процес­ са разрушения. Следовательно, водородная хрупкость должна быть обусловлена тем специфическим влиянием, которое оказывает водород на движение дислокаций при пластической деформации, зарождение и распростране­ ние трещин, ведущих к разрушению.

Возможность взаимодействия атомов водорода с дис­

кости стали. Позднее тот же механизм был предложен Бонижевским и Смитом [349] при обсуждении механиз­ ма водородной хрупкости никеля. Эти идеи нашли даль­ нейшее развитие в работах [8; 83 с. 106; 339; 350; 351].

Характер взаимодействия атомов водорода с движу­ щимися дислокациями существенно зависит от темпера­ туры деформации. Если температура слишком низка, то подвижность атомов водорода настолько мала, что даже

при относительно небольшой скорости деформации ei дислокации не увлекают за собой водородных атмосфер, а вырываются из них и свободно перемещаются в ме­ талле.

С повышением температуры подвижность атомов во­ дорода возрастает и при некоторой температуре 7ф (рис. 154) становится сравнимой со скоростью движения

дислокаций при той же скорости деформации еь С этой температуры дислокации начинают частично увлекать за собой водородные атмосферы и пластичность снижа­ ется, по крайней мере, по двум причинам: 1) движение дислокаций тормозится водородными облаками;

333

2) транспортировка атомов водорода перемещающимися дислокациями приводит к тому, что в области скопле­

3 3 4

вации при диффузии водорода в металле, находим

Q

(91)

При температуре Ти действительная скорость дефор­ мации в первый момент растяжения больше критической скорости деформации и атомы водорода не взаимодейст­ вуют с вновь возникающими дислокациями. Поскольку плотность дислокаций в процессе деформации возраста­ ет, а скорость деформации поддерживается прежней, то подвижность дислокаций уменьшается. При температу­ ре Ти к концу деформации скорость движения дислока­ ций уменьшается до критической и дислокации обраста­ ют водородными атмосферами. Поскольку дислокации начинают увлекать атомы водорода лишь в конце дефор­ мации, то снижение пластичности невелико.

температуре Л даже при плотности дислокаций, харак­

терной для отожженного состояния, скорость движения дислокаций становится сравнимой с подвижностью ато­ мов водорода; они с самого начала деформации транс­ портируются дислокациями, и хрупкость развивается в полной мере.

Для ряда металлов на кривых растяжения при темпе­ ратурах от Та до Т'к наблюдается скачкообразная пла­

стическая деформация (явление Портевипа — Ле-Ша- телье). Нижней границей этого явления является темпе­ ратура начала снижения пластичности Г„, а верхней гра­ ницей— температура Т ’и, при которой достигается мини­

мальная пластичность. Из вышесказанного следует, что верхнюю температуру развития скачкообразной дефор­ мации можно описать уравнением (91) при плотности дислокаций, характерной для отожженного металла (И)7— К)8 см"2), а нижнюю - тем же уравнением при плотности дислокаций порядка 1010—10й см-2.

3 3 5

Если скорость деформации остается той же еь то дальнейшее повышение температуры не должно суще­ ственно сказываться на пластичности. В самом деле, из уравнения (89) следует, что при постоянной скорости

нию дислокаций со стороны сопровождающей ее атмо­ сферы должно несколько уменьшаться с повышением температуры, количество водорода, поставляемого дис­ локациями к границе зерна, будет таким же, как и при температуре Г'. В результате образцы при температу­

рах выше Т'п будут разрушаться почти столь же хрупко, как и при температуре Т'н.

Наконец, температура становится настолько высокой (Г0), что тепловое движение начинает разрушать или сами атмосферы Коттрелла, или сегрегации водорода в областях скопления дислокаций. Если концентрация водорода близка к предельной растворимости, то сегре­ гации водорода в области скопления дислокаций до­ вольно стабильны и восстановление пластичности обус­ ловлено в основном рассасыванием атмосфер Коттрелла. Плотность водородных атмосфер понижается и со­ противление движению дислокаций с их стороны умень­ шается. Помимо этого, каждая дислокация приносит к границе зерна меньше атомов водорода, чем при более низких температурах. В итоге, начиная с температуры Т0, пластичность резко возрастает, а когда атмосферы Коттрелла разрушаются полностью, хрупкость исчезает.

Если скорость деформации ег больше скорости де­

формации еь то снижение пластичности начинается с более высокой температуры Гн, поскольку при большей скорости движения дислокаций подвижность атомов во­ дорода должна быть больше, чтобы они могли взаимо­ действовать с движущейся дислокацией и сопровож­ дать ее. Наконец, при некоторой скорости деформации

ез температура (Гн), начиная с которой атмосферы Кот­ трелла полностью увлекаются движущимися дислока­ циями, совпадает с температурой Г0, выше которой ат­ мосферы Коттрелла неустойчивы, и тогда на кривой пла­ стичность — температура появляется острый минимум.

При достаточно больших скоростях деформации, по­

336

рядка ё4, дислокации вырываются из окружающих их водородных атмосфер во всем температурном интервале

Графически это уравнение представлено схемой,при­ веденной па рис. 155. На этом же рисунке указаны опре­ деляемые уравнением (91) температуры Ти Т2, Г3, Т4, ни­ же которых водородная хрупкость при проведении испы­

таний со скоростями еь 82, бз и е4не развивается, посколь­ ку скорость движения дислокаций значительно превыша­ ет подвижность атомов. Таким образом, температурный интервал, в котором может развиваться водородная хрупкость, ограничен сверху температурой разрушения атмосфер Коттрелла (Го), а снизу температурой Г„, ни­ же которой дислокации вырываются из атмосфер Котт­ релла. Точка пересечения кривых, характеризующих эти температуры, определяет максимально допустимую кон­ центрацию водорода, до которой водородная хрупкость не проявляется при данной скорости деформации.

Так, например, при скорости деформации ei водо­ родная хрупкость не проявляется во всем темпе­ ратурном интервале, если содержание водорода мень­ ше Ci.

Если концентрация водорода больше С\, то темпера­ турный интервал водородной хрупкости увеличивается с повышением содержания водорода. С увеличением скорости деформации концентрация «водорода, начиная