5.2. Упругая и пластическая деформация металлов

Упругая деформация. Упругой деформацией называют деформацию, влияние кото-рой на форму, структуру и свойства тела устраняются после прекращения действия внешних сил, под действием которых происходит только незначительное относительное и обратимое смещение атомов.

Пластическая деформация. При возрастании касательных напряжений выше опреде-ленной величины деформация становится необратимой. При снятии устраняется лишь упругая составляющая деформации. Часть деформации, которую называют пластической, остается. При пластической деформации необратимо изменяется структура металлов, а следовательно, и ее свойства. Схема упругой и пластической деформации металла с кубической структурой, подвергнутого действию касательных напряжений показана на рис.24. Скольжение в кристаллической решетке протекает по плоскостям и направлениям с наиболее плотной упаковкой атомов, где сопротивление сдвигу наименьшее, тем самым, образуя систему скольжений.

Процесс скольжения не следует представлять как одновременное передвижение од-ной части кристалла относительно другой. Такой жесткий или синхронный сдвиг потребовал напряжений, в сотни или даже в тысячу раз превышающих тех, при которых в действительности протекает процесс деформации.

Поэтому в действительности скольжение осуществляется в результате перемещения в кристалле дислокаций (рис. 25). Перемещение дислокаций в плоскости скольжения ММ через весь кристалл приводит к смещению (свигу) соответствующей части кристалла на одно межатомное расстояние, при этом с права на поверхности образуется ступенька.

На начальной стадии пластической деформации монокристалла осуществляется движе-нием дислокаций по одной системе плоскостей – стадия легкого скольжения (рис. 26) .

Дислокации на этой стадии перемещаются сравнительно беспрепятственно на большие расстояния, обеспечивая прогрессивную деформацию без значительного роста действующих напряжений (стадия I деформационного упрочнения). После этого начинается стадия множественного скольжения - движение дислокаций в двух и более системах, на этой стадии после значительной деформации дислокационная структура металла сильно усложняется и плотность дислокаций («лес» дислокаций) возрастает по сравнению с исходным состоянием на четыре –шесть порядков, достигая 1011 – 1012 см-2. Вследствие упругого взаимодействия между дислокациями сопротивление их движению сильно возрастает и для их продвижения напряжение должно резко возрасти ( стадия II деформационного упрочнения). Под влиянием все возрастающего напряжения развиваются поперечное скольжение винтовых дислокаций, т.е. скольжение с переходом из одной разрешенной плоскости скольжения в другую. Это приводит к частичной релаксации напряжений, аннигиляции отдельных дислокаций разного знака и группировке дислокаций в объеме ячейки, внутри которых плотность дислокаций меньше, чем в стенах ячеек. Наступает III стадия деформации, когда происходит так называемый динамический возврат, который приводит к уменьшению деформационного упрочнения.

Дислокации, движущиеся в деформированном металле, порождают большое число дислоцированных атомов и вакансий.

Двойникование . Пластическая деформация некоторых металлов, имеющих плотно-упакованные решетки К12 и Г12, кроме скольжения может осуществляться двойниковани-ем, которое сводится к переориентации части кристалла в положение, симметричное по от-ношению к первой части относительно плоскости, называемой плоскостью двойникования (рис.24 д). Двойникование подобно скольжению сопровождается прохождением дислокаций сквозь кристалл. По сравнению со скольжением двойникование имеет меньшее значение. В металлах с ОЦК и ГЦК – решеткой двойникование наблюдается только при больших степенях деформирования и низких температур.

Пластическая деформация поликристаллов. Пластическая деформация поликристал-лического металла протекает аналогично деформации монокристалла путем сдвига или двойникования. Так как плоскости и направления в каждом зерне различные, то сперва скольжение идет в более благоприятно ориентированных зернах. В отличии от монокри-сталла движение дислокаций препятствует границы зерен, поэтому первая стадия деформа-ционного упрочнения отсутствует, а во второй стадии деформационного упрочнения - ко-эффициент упрочнения выше ( рис. 26).

Текстура деформации. При большой степени деформации возникает преимуществен-ная ориентация кристаллографических плоскостей и направлений в зернах. Закономерная ориентация кристаллитов относительно внешних деформационных сил получила название текстуры (текстура деформации).

Деформационное упрочнение поликристаллического металла. С увеличение степени холодной (ниже (0,15- 0,2) Тпл) деформации свойства, характеризующие сопротивления де-формации (В, 0,2, HV и др. ) повышаются, а способность к пластической деформации (пла-стичность ) уменьшается (рис. 27).

Это явление получило название наклепа. Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличение числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение новых дислокаций, а, следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотность дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.

Металлы с ГЦК решеткой упрочняются сильнее, чем металлы с ОЦК решеткой, в ре-зультате холодной деформации уменьшается плотность, сопротивление коррозии и повыша-ется электросопротивление. Холодная деформация ферромагнитных металлов (например, железа) повышает коэрцитивную силу и уменьшает магнитную проницаемость.