» » Влияние типа пространственной решетки
05.01.2015

Принципиально релаксация напряжений, обусловленных температурными градиентами, может приводить к необратимому тепловому формоизменению тел, обладающих любым кристаллическим строением. Необходимо лишь, чтобы характер температурного воздействия, геометрия образцов и макроскопические свойства материала удовлетворяли определенным требованиям. Важнейшим из них является наличие достаточной температурной зависимости предела текучести или времени релаксации напряжений, без чего формоизменение вообще не имело бы места.
В указанном смысле совершенно безразлично, каково конкретное взаимное расположение атомов и характеризуется ли оно каким-либо дальним порядком или нет: если любые кристаллические структуры сообщают телам сходные физико-механические свойства, то и формоизменение последних должно быть близким.
Ранее (см. фиг. 82, 83) уже упоминалось о формоизменении органического стекла. Оно было по направлению типично для материалов особо сильно «размягчающихся» с повышением температуры. Имеются также сведения о «росте» гексагонального магния, ромбоэдрического висмута, по-видимому, цинка (Г. П. У.) и моноклинного урана, а также многочисленных металлов и сплавов, обладающих объемноцентрированными и гране-центрированными кубическими решетками.
Из-за отсутствия фундаментальных исследований трудно обнаружить какую-либо разницу в поведении металлов, принадлежащих к различным кристаллическим системам, скорее можно удивиться поразительному сходству соответствующих закономерностей. Однако по крайней мере в одном отношении имеются веские основания предполагать, что симметрия в расположении атомов должна сказываться на знаке коэффициента роста. Речь идет о формоизменении металлов с объемноцентрированной и гранецентрированной кубическими решетками.
Как показано в обзоре Н. Н. Давиденкова и Т. Н. Чучман, металлы, обладающие гранецентрированной кубической решеткой, имеют гораздо меньший температурный коэффициент предела текучести, нежели металлы с объемноцентрированной кубической решеткой. По отмеченной причине первые из них при резких охлаждениях и медленных нагревах должны преимущественно менять свою форму в сторону увеличения общей поверхности тела, а вторые — в обратном направлении. Поразительно, что это правило выполняется на опыте очень хорошо и почти не имеет исключений, в чем легко убедиться из сопоставления данных, приведенных ниже.
Материалы с ОЦК решеткой, изменяющие свою форму в сторону уменьшения общей поверхности при резких охлаждениях и медленных нагревах: Армко-железо; β-латуни разного состава (47% Zn; 41 % Zn + 2% Al; 34% Zn + 4% Al); алюминиевая бронза (11,8% Al); сталь с 13% Cr; ст. 3, стали 10, 45, У10; более десяти марок различных сталей, легированных хромом, никелем, марганцем, ванадием, молибденом и т. п.
Материалы с ГЦК решеткой, изменяющие свою форму в сторону увеличения общей поверхности при резких охлаждениях и медленных нагревах: алюминий разной степени чистоты; силумин; платина; серебро; медь; никель; сплавы Cu—Ni во всей области концентраций; сплавы Cu—Zn в области a-фазы; сплавы Al—Zn — в области α-фазы; сталь 1Х18Н9Т; мельхиор MH-19; нейзильбер МНЦ-15-20; более 15 марок различных жаропрочных сплавов (некоторые из них приведены в табл. 19) и др.
Первыми на разницу в формоизменении металлов с ОЦК и ГЦК решеткой обратили внимание А. А. Бочвар с сотрудниками. Правильное толкование явления было дано в диссертационной работе и совершенно независимо А. А. Бочваром и А. А. Зуйковой.
Однако авторы работ упустили из виду, что противоположное направление «роста» решеток ОЦК и ГЦК характерно только для случая резких охлаждений и медленных нагревов и что, наоборот, при быстрых нагревах и спокойных охлаждениях разница стирается.
Следует иметь в виду, что высказанное выше правило о знаке коэффициента роста ОЦК и ГЦК металлов не может иметь абсолютного смысла, так как даже один и тот же материал в различных температурных областях и условиях деформирования показывает как меньшую, так и большую изменяемость предела текучести при повышении температуры, и поэтому целесообразно говорить лишь об общей тенденции эффекта. Отличным подтверждением сказанного являются опыты А. А. Бочвара и А. А. Зуйковой, в которых было показано, что β-латунь деформируется либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения максимальных размеров в зависимости от области температур цикла.