Language
Country/Area
No result found
Неизвестные типы зернограничного проскальзывания: чем различаются проскальзывание Рахингера и проскальзывание Лифшица?
Зернограничное скольжение (ЗГС) — это механизм деформации материала, при котором зерна скользят друг по другу под действием внешних сил, особенно при высоких температурах и низких скоростях деформации, и обычно происходит в поликристаллических материалах. Это явление тесно связано с процессом ползучести, а форма границы зерен также влияет на скорость и степень скольжения. При высоких температурах зернограничное скольжение представляет собой движение, препятствующее образованию трещин между зернами. Для многих материалов наиболее часто упоминаются два типа скольжения: скольжение Рахингера и скольжение Лифшица, но между ними имеются существенные различия.
Скольжение Рахингера в основном является упругим скольжением, при котором зерна практически сохраняют свою первоначальную форму; в то время как скольжение Лифшица включает диффузионные процессы, приводящие к изменению формы зерен.
Сравнение между скольжением Рахингера и скольжением Лифшица
При высокотемпературной ползучести скольжение Рахингера в основном проявляется как относительное скольжение зерен с сохранением их первоначальной формы под действием внешнего напряжения. В ходе этого процесса внутреннее напряжение будет продолжать расти и в конечном итоге достигнет равновесия с приложенным извне напряжением. Например, при приложении одноосного растягивающего напряжения зерна скользят, чтобы компенсировать растяжение, и количество зерен увеличивается вдоль направления приложенного напряжения.
Напротив, скольжение Лифшица — это процесс, тесно связанный с ползучестью Набарро-Херринга и Кобла. В этом случае при приложении напряжения диффузия вакансий приведет к изменению формы зерен, заставляя их вытягиваться вдоль направления приложенного напряжения. Это не увеличивает количество зерен вдоль направления приложенного напряжения.
Благодаря этим двум механизмам скольжения мы можем наблюдать различные характеристики деформации, что имеет решающее значение для понимания поведения материалов при высоких температурах.
Механизм равновесия и движение дислокаций
Когда поликристаллические зерна скользят относительно друг друга, должен существовать соответствующий механизм, способствующий этому скольжению и исключающий перекрытие зерен. С этой целью ученые предложили ряд механизмов равновесия, включая механизм перемещения дислокаций, упругой деформации и диффузионной адаптации. Особенно в условиях сверхпластичности роль движения дислокаций и диффузии по границам зерен становится особенно значительной.
Например, когда материал находится при температуре сверхпластичности, дислокации в материале быстро испускаются и поглощаются на границах зерен, что стабилизирует форму зерен, одновременно поддерживая течение материала при высоких скоростях деформации.
Экспериментальные данные и влияние наноматериалов
Экспериментально явление скольжения границ зерен наблюдалось в различных материалах, включая наблюдения в двойных кристаллах NaCl и MgO в 1962 году. В ходе этих экспериментов с помощью микроскопических методов было выявлено поведение скольжения на границах зерен. Появление нанокристаллических материалов приводит к тому, что проскальзывание по границам зерен часто происходит во время высокотемпературных операций, поскольку их мелкозернистая структура более склонна к скольжению при высоких и низких температурах по сравнению с крупнозернистыми.
Контроль размера и формы зерна может эффективно снизить степень скольжения границ зерен, что имеет решающее значение при проектировании многих материалов.
Исследование применения вольфрамовой нити
Было установлено, что в вольфрамовых нитях основным механизмом разрушения является проскальзывание по границам зерен. При повышении рабочей температуры диффузия между границами зерен может привести к проскальзыванию и, в конечном итоге, к разрыву нити. Чтобы продлить срок службы нити, исследователи модифицировали вольфрам, легировав его такими элементами, как алюминий, кремний и калий, чтобы уменьшить скольжение при высоких температурах.
В заключение следует отметить, что понимание существенной разницы между скольжением Рахингера и Лифшица необходимо для разработки высокотемпературных материалов, особенно для экстремальных условий, таких как аэрокосмическая и автомобильная промышленность. Эти знания могут помочь ученым и инженерам разрабатывать более долговечные материалы для решения будущих задач. Можем ли мы найти ключевые решения этих проблем посредством изучения материаловедения?
