Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Закон Холла–Петча устанавливает связь между пределом текучести поликристаллического металла и средним размером его зерна: σy = σ0 + ky·d−1/2. Уменьшение зерна повышает прочность, поскольку границы зёрен препятствуют движению дислокаций. Этот принцип лежит в основе разработки высокопрочных трубных сталей, алюминиевых сплавов и титановых конструкций.
В начале 1950-х годов Э. О. Холл (Шеффилдский университет, 1951) и Н. Дж. Петч (Лидский университет, 1953) независимо обнаружили, что предел текучести низкоуглеродистой стали возрастает обратно пропорционально корню из среднего диаметра зерна. Холл изучал деформацию и старение мягкой стали, Петч — хрупкое разрушение при низких температурах. Оба пришли к одинаковому результату.
σy = σ0 + ky·d−1/2, где σy — предел текучести (МПа); σ0 — напряжение трения решётки (сопротивление движению дислокаций внутри зерна); ky — коэффициент Холла–Петча (МПа·мкм1/2); d — средний диаметр зерна (мкм).
Под действием приложенного напряжения дислокации скользят по плоскостям скольжения внутри зерна. Достигнув границы, они останавливаются — граница зерна служит барьером из-за несовпадения кристаллографической ориентации соседних зёрен. Дислокации скапливаются у границы, создавая концентрацию напряжений.
Когда напряжение на вершине скопления достигает критического значения, в соседнем зерне активируются новые источники дислокаций — начинается пластическая деформация. В мелком зерне длина скопления (порядка d/2) меньше, поэтому для создания критической концентрации напряжений требуется более высокое приложенное напряжение.
Высокий ky низкоуглеродистой стали объясняется влиянием атомов углерода и азота, которые закрепляют дислокации у границ зёрен (атмосферы Коттрелла). В IF-стали, очищенной от интерстиций, ky значительно ниже.
Закон Холла–Петча экспериментально подтверждён для размеров зерна от 1 мм до ~1 мкм. При дальнейшем уменьшении до нанометрового диапазона (менее 10–20 нм) наблюдается обратный эффект: прочность перестаёт расти или снижается. Причина — переход от дислокационного механизма деформации к зернограничному проскальзыванию.
Для каждого металла существует критический размер зерна: для железа — около 6–7 нм, для меди и алюминия — 10–20 нм. Ниже этого порога более половины атомов находятся на границах зёрен, и классическая дислокационная модель неприменима.
Закон Холла–Петча σy = σ0 + ky·d−1/2 — фундаментальное соотношение физического металловедения, связывающее размер зерна с прочностью. Измельчение зерна методами ТМКО, микролегирования и ИПД позволяет повышать предел текучести без потери вязкости. Закон применим для размеров зерна от миллиметров до ~1 мкм; ниже 10–20 нм действует обратный эффект.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.