» » Влияние величины зерна
11.01.2015

Один и тот же металл, но с разной величиной зерна подвергается воздействию жидкометаллической среды в различной степени. Во всех работах, посвященных исследованию влияния размера зерна, получен однозначный результат. Установлено, что с увеличением среднего диаметра зерна прочность твердого металла, находящегося в контакте с жидким, уменьшается.
Такое заключение вытекает, например, из приведенных вышe результатов испытания на растяжение с разной скоростью деформации медных образцов, покрытых ртутью. Из табл. 40 следует, что при всех использованных скоростях растяжения предел прочности и относительное удлинение образцов со средним диаметром зерна 0,1 мм ниже, чем образцов со средним диаметром 0,03 мм.
В работе исследовались механические свойства отожженной латуни ЛС59-1, имеющей диаметр зерна 50, 220 и 280 мкм. Испытание проводилось путем растяжения образцов с постоянной скоростью деформации, равной 0,03 мм/сек. Одна серия образцов испытана с ртутным покрытием, другая без покрытия. Температура испытании — комнатная. Полученные результаты показали, что с увеличением размера зерна прочность образцов чистых и с поверхностной пленкой жидкого металла снижается. Однако степень снижения их прочности неодинакова: под действием жидкой ртути снижение прочности латуни с увеличением размера зерна происходит интенсивнее. Например, при диаметре зерна 220 мкм предел прочности латуни в ртути на 31% ниже предела прочности на воздухе, а при диаметре зерна 280 мкм — на 40%.
Испытанием стальных образцов на изгиб в контакте с расплавленным оловянно-свинцовым припоем установлено, что- эффект воздействия жидкого металла также уменьшается с уменьшением размера зерна.
Найдена функциональная связь между истинным сопротивлением разрыву в жидкометаллической среде и средним диаметром зерна испытуемого металла. На рис. 82 приводится зависимость между этими величинами для латуни 70/30 при комнатной температуре, полученная в работе. В соответствии с графиком можно записать выражение.
Влияние величины зерна

где Sк — истинное сопротивление разрыву латуни с ртутным покрытием; d — средний диаметр зерна; S0 и К — постоянные.
Аналогичные зависимости получены также при испытании малоуглеродистой стали в литии при температуре 250° С, кадмия в галлии при 25° С и меди в ртути при 25° C и в литии при 205° С. Следует отметить, что уравнение (149) часто не соблюдается при испытании тех же материалов на воздухе. Причина заключается в том, что разрыву металла на воздухе предшествует значительная пластическая деформация. Когда разрушение образцов, не находящихся в контакте с жидким металлом, происходит хрупко, связь между напряжением при разрыве и диаметром зерна также описывается уравнением (149).
Влияние величины зерна

Зависимость в форме (149) справедлива не только для истинного предела прочности, но и для пределов текучести и пропорциональности. Из рис. 83, на котором приведены результаты испытания на растяжение с постоянной скоростью латуни 70/30 с ртутным покрытием, видно, что константа К в уравнении типа (149) для предела текучести меньше, чем для истинного сопротивления разрыву, в то время как величина S0 у них одинаковая. Различие в константах К означает, что с уменьшением размера зерна разница величин истинного сопротивления разрыву и предела текучести увеличивается, т. е. чем меньше диаметр зерна, тем большая пластическая деформация предшествует разрушению образца.
Никольс и Ростокер исследовали зависимость напряжения, соответствующего появлению трещины в поликристаллическом металле, и напряжения, необходимого для ее развития, от величины среднего диаметра зерна. Исследование проведено при комнатной температуре на латуни 70/30, покрытой тонким слоем ртути. Напряжение, необходимое для развития трещины, определяли испытанием образцов, в которых предварительно создавали трещины, захватывающие часть сечения. Его вычисляли по величине приложенной силы и площади оставшегося целым сечения образца. Испытания показали, что напряжение, необходимое для появления трещины, выше напряжения для ее развития, причем разница между ними тем больше, чем меньше линейный размер зерна. Связь между каждым из этих характерных напряжений и корнем квадратным из обратной величины среднего диаметра зерен оказалась линейной, подобной уравнению (149).
Влияние величины зерна

Размер зерен твердого металла сказывается также на температуре перехода из хрупкого состояния в пластичное или на величине верхней температурной границы эффекта воздействия жидкого металла. В работе исследовались температурные зависимости относительного удлинения при разрыве растяжением образцов из отожженной латуни 70/30 с разной величиной зерна. Установлено, что исчезновение хрупкости латуни, вызванной контактом с жидкой ртутью, происходит при температурах, находящихся в определенной зависимости от величины зерна. Из рис. 84 следует, что зависимость между температурой перехода от хрупкости к пластичности и логарифмом среднего диаметра зерна является линейной.
Влияние величины зерна