3.1.4. Структура деформированных кристаллов
Структура деформированного материала зависит от таких факторов, как схема и условия деформации, степень обжатия, температура и скорость деформирования, его кристаллическое строение и химический состав. Как отмечалось, холодная пластическая деформация происходит двумя путями - скольжением и двойникованием. При деформации скольжением на предварительно полированных образцах появляются рельефные ступеньки, которые выглядят под микроскопом как прямые параллельные линии в пределах отдельных кристаллитов-зерен (так называемые линии скольжения). На рис.58 показана характерная структура деформированного металла, содержащая линии скольжения. Группы близко расположенных линий скольжения образуют полосы скольжения. С увеличением степени деформации вначале растет число линий скольжения в отдельных зернах, а также количество зерен, в которых эти линии появляются. Далее могут возникать новые системы линий, расположенных под определенным углом по отношению к первоначальным.
Возможны также ситуации, когда деформация скольжением оказывается затрудненной. Например, подобное наблюдается в случае динамического приложения нагрузки, применения низких температур нагружения, использования материалов, имеющих малое число систем скольжения (такое характерно, скажем, для металлов с гексагональной решеткой - в отличие от кубических металлов). В этих условиях деформация может осуществляться за счет развития конкурирующего механизма сдвигообразования - двойникования. В структуре деформированного таким способом образца можно наблюдать тонкие линии деформационных двойников.
Рис.
58. Линии скольжения в железомарганцевом
сплаве (х400)
С ростом обжатия меняется и форма зерен. Они вытягиваются в направлении деформации при растяжении и перпендикулярно нагрузке при сжатии (рис.59).
Наиболее важным результатом структурного изменения при пластической деформации является резкое увеличение плотности
дислокаций. Если у отожженного поликристаллического материала
6 8 2
плотность дислокаций составляет 10 -10 см , то после сильной
10 12 2
деформации она увеличивается на несколько порядков - до 10 -10 см- .
а) б)
Рис.
59. Структура отожженной (а) и деформированной
(б) растяжением на 25 % латуни
(х200)
Электронно-микроскопическое исследование показало, что с увеличением степени деформации дислокации связываются в сложные сетки. В зернах начинает формироваться ячеистая структура, характеризующаяся неравномерным распределением дислокаций, - образуются густые замкнутые объемные дислокационные сплетения (границы ячеек), внутри которых плотность дислокаций остается относительно небольшой. Соседние ячейки разориетированы между собой на небольшой угол и поэтому такая дислокационная граница является малоугловой (рис.60).
Рис.
60. Ячеистая структура деформированного
материала (просвечивающая электронная
микроскопия). Аустенитная сталь,
деформация 80%. х30000
Деформации, при которых в поликристаллах образуются дислокационные сетки, обычно невелики. Так, в железе начало их образования обнаружено уже после растяжения на 2%, а в никеле - после 510%. При больших степенях деформации (50-60% и выше) плотность дислокаций настолько резко возрастает, что по отдельности они уже не разрешаются. Ячеистая структура становится более развитой, границы оказываются не такими размытыми, из объемных они постепенно преобразуются в относительно плоские, но с высокой плотностью дислокаций. Подобные хорошо оформленные ячейки с плоскими стенками
называются субзернами, а саму образовавшуюся структуру - субзеренной.
113
При пластической деформации возрастает также концентрация точечных дефектов (преимущественно вакансий), которые генерируются порогами скользящих винтовых дислокаций. С повышением температуры деформирования неравновесная концентрация этих дефектов уменьшается из-за ускорения стока их к дислокациям и границам зерен.
Таким образом, с возрастанием степени пластической деформации резко возрастает плотность дислокаций, увеличивается число порогов, может формироваться ячеистая структура (переходящая в субзеренную), растет концентрация точечных дефектов.