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

с которой обнаруживается водородная хрупкость, повы­ шается, а температурный интервал хрупкости уменьша­ ется.

ВЛИЯНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ д и ф ф у з и и НА ХАРАКТЕР ПРОВАЛОВ ПЛАСТИЧНОСТИ

Действительное положение сложнее, чем следует из описанной выше схемы развития водородной хрупкости шестого вида. Если концентрация водорода в металле значительно меньше предельной растворимости, то вос­ становление пластичности начинается с более низких температур, чем температура Т0, из-за диффузионного рассасывания сегрегаций водорода у скоплений дисло­ каций. Температуру восстановления пластичности в этом

рода из этого цилиндра за счет диффузии, которая стре­ мится распределить водород равномерно по всему объе­ му металла.

Если скорость движения дислокаций v, то число дис­ локаций, прибывающих в скопление за время дх, равно

— дх, где а — расстояние между дислокациями в плос­

кости скольжения. Эти дислокации будут доставлять за время дт в скопление длиной д1 массу водорода, равную

m0ti — didt, где 'т0— масса атома водорода, а п — чис­

а

ло атомов водорода, транспортируемых дислокацией единичной длины. В единицу объема скопления за время дх доставляется следующее количество водорода:

а в объем dV

(93)

nrQa

зза

Учитывая, что г — Nbv, получаем

где

nr^Nba

Следовательно, количество водорода, поступающего за время дх в объем 0V внутрь этого цилиндра за счет транспортировки атомов водорода дислокациями к скоп­ лению, будет пропорционально скорости деформации и плотности водородных атмосфер. Количество водоро­ да, уходящего из этого объема за то же время dt, будет равно в соответствии с законами диффузии

где D — коэффициент диффузии.

Оставшаяся часть водорода за время дх в объеме dV

ференциальное уравнение, определяющее изменение концентрации водорода в цилиндре радиуса г0, при­ мет вид

Это уравнение полностью совпадает с дифференциаль­ ным уравнением теплопроводности при наличии внут­ ренних источников тепла со следующими начальными и краевыми условиями: а) начальное условие — при %= = 0 С(0, г )= С 0 (С0— средняя концентрация водорода

= 0 при г= 0 . Уравнение (98) справедливо лишь для цилиндра радиуса г0. За пределами этого цилиндра про­ исходит обычная термическая диффузия без накопле­ ния водорода. В таком случае третье граничное условие,

трации, определенной из уравнения для обычной терми­ ческой диффузии вне цилиндра. Однако решение уравне­ ния (98) при условиях, соответствующих поставленной задаче, довольно сложно. Поэтому в работах [83, с. 106; 351] принято, что, по крайней мере, в цилиндре радиуса г0 довольно быстро устанавливается стационарное рас­

В ходе решения уравнения (99) получают

.ас (г)

( 100)

dr

Из уравнения (100) с учетом граничного условия (б) следует, что ЛГi= 0. Далее из условия, что при г— г0, С = Со, при любом т легко находим, что

Таким образом, уравнение распределения водорода внутри цилиндра принимает вид

Концентрация водорода в центре цилиндра будет равна:

Ст , = С , + - ^ р - е ^ = С , + ВпгеQ/RT

4D0

340

Коэффициент перед экспоненциальным множителем имеет размерность г/см3. Если выражать концентрацию в % (по массе), надо разделить его на плотность р и ум­ ножить на 100. Тогда

25т0

В =

nNbD0ap

Количество водорода п, транспортируемого единицей длины дислокационной линии (в соответствии с идеями Луата [52]), можно выразить как п = пор, где п0— плотность водородных атмосфер в условиях насыщения, а р —'Вероятность расположения атомов примеси под атомом металла на краю лишней полуплоскости. Вели­ чина р определяется уравнением

На рис. 156 приведен принципиальный вид кривых, иллюстрирующих изменение концентрации водорода в центре скопления в соответствии с уравнением (102) для трех скоростей деформации. С понижением темпера­ туры концентрация водорода в скоплении возрастает до значения, соответствующего предельной растворимости. С уменьшением скорости деформации максимальная концентрация, устанавливающаяся при данной темпера­ туре, уменьшается.

Исследования, выполненные при большой скорости деформации, показали, что в а+|3- и |3-титановых спла­ вах водородная хрупкость развивается при концентра­ циях, меньших предельной растворимости. Хрупкость второго рода сводится по существу к тому, что за счет

341