47999 IMG$6 247 (2)

246 10. Umocnienie materiałów

rach rzędu 1 pm są rozdzielone „ściankami" splątanych dyslokacji. Poniewaji obecność dyslokacji powoduje pewną deformację sieci, w miejscach najsilniej odkształconych różnice orientacji poszczególnych komórek dochodzą do kilkunastu stopni.

W metalach polikrystalicznych działają dwa przeciwstawne czynniki:

— szybkie umocnienie dzięki poślizgom w wielu systemach,

- zdrowienie dynamiczne (spadek umocnienia) dzięki omijaniu przeszkód i zapobieganiu tworzenia się wysokoenergetycznych splotów dyslokacji przez po. ślizgi poprzeczne dyslokacji śrubowych.

Gęstość dyslokacji powiększa się z odkształceniem zgodnie z zależnością

0-0o +Ce*, (10.9)

gdzie g₀ jest wyjściową gęstością dyslokacji, e — wielkością odkształcenia, C i a są stałymi.

Dla materiałów metalicznych średnia wyjściowa gęstość dyslokacji (w stanie wyżarzonym) g₀ = 10⁵ -r 10⁸ cm'², po silnym odkształceniu plastycznym (e % |) wzrasta do wartości średniej g = 10⁹ h- 10'² cm^-2. Dyslokacje są rozłożone bardzo nierównomiernie, toteż w skupieniach ich gęstość jest kilkakrotnie większa od wartości średniej.

Rys. 10.12. Zależność umocnienia od gęstości dyslokacji

Wpływ gęstości dyslokacji na wartość krytycznego naprężenia stycznego przedstawiono poglądowo na rys. 10.12. Na wykresie widoczne są dwa obszary różnego działania dyslokacji, rozgraniczone ich krytyczną gęstością. W / obszarze mała j gęstość dyslokacji zmniejsza krytyczne naprężenie styczne, zapewniając znaczną, ciągliwość materiału. W II obszarze duża i rosnąca gęstość dyslokacji wywiera j działanie umacniające za pośrednictwem odkształcenia plastycznego. Warto nadmienić, iż wzrost wytrzymałości (umocnienie) można uzyskać zarówno przez j maksymalne ograniczenie gęstości dyslokacji jak i przez powiększenie ich gęstości.

Umocnienie odkształceniowe jest jednym z najstarszych sposobów „ulepszania" I materiałów metalicznych. Jego znaczenie polega na zakresie zastosowania i efektach

ekonomicznych. Mianowicie, umocnieniu można poddawać wszystkie materiały podlegające obróbce plastycznej na zimno. Znaczenie ekonomiczne metody polega na tym, że umocnienie następuje „samoczynnie" w czasie kształtowania półwyrobu lub wyrobu, bez żadnych dodatkowych zabiegów technologicznych. Wreszcie umocnienie odkształceniowe często jest stosowane w połączeniu z inną metodą, szczególnie z umocnieniem wydzieleniowym. Poddanie materiału po przesyceniu obróbce plastycznej potęguje znacznie efekty umocnienia.

10.2. MATERIAŁY KRUCHE

Materiały kruche pod obciążeniem praktycznie nie podlegają odkształceniu plastycznemu. Ze wzrostem obciążenia pojawiają się w nich mikroszczeliny, które rozrastając się do wymiarów makroskopowych doprowadzają do zniszczenia bez uprzednich objawów odkształcenia. Ponadto materiały kruche mają wytrzymałość na ściskanie o rząd wielkości większą od wytrzymałości na rozciąganie. Z wymienionych powodów metody umacniania materiałów kruchych są całkowicie odmienne niż materiałów ciągliwych. Oparte są one na następujących podstawach:

- zmniejszenie wielkości mikroszczelin w materiale i powiększenie energii pochłanianej podczas rozwoju pęknięcia (ceramika),

- wytworzenie w materiale wstępnych naprężeń o przeciwnym znaku od przenoszonych podczas pracy elementu (szkło),

- wprowadzenie materiałów wielowarstwowych, w których krucha osnowa przenosi naprężenia ściskające, a ciągliwe zbrojenie - naprężenia rozciągające (betony, żywice).

W najwcześniejszych zastosowaniach kruchych materiałów budowlanych (cegła, kamień) projektowano konstrukcję albo jej elementy tak, aby obciążenie wytwarzało naprężenia ściskające dobrze przenoszone przez materiał. Już w X—XII w. wykonywano z cegły sklepienia łukowe budowli romańskich, a zwłaszcza gotyckich. W średniowieczu metodę wykorzystywano również przy budowie kamiennych mostów o łukowych przęsłach, a współcześnie wykorzystuje się ją w budowie tam i zapór wodnych.

Liczne zastosowania materiałów ceramicznych wyraźnie ogranicza mała wytrzymałość na rozciąganie, związana z porowatością. Nieuniknione, bo wynikające z technologii produkcji, pory działają jak mikroszczeliny rozrastające się według mechanizmu Griffitha i doprowadzają do kruchego pękania.

Polepszenie jakości materiałów ceramicznych uzyskano wykorzystując pierwszą z wymienionych zasad. Ulepszenie technologii wytwarzania (procesów rozdrabniania, mieszania składników, spiekania) doprowadziło do zmniejszenia porowatości i powiększenia energii rozwoju pęknięcia - do powiększenia na tej drodze wytrzymałości. Polepszenie właściwości mechanicznych zapewniło też wprowadzenie tzw. cermetali, tj. materiałów złożonych z kruchych cząstek ceramicznych, zatopio-