- •Содержание:
- •Глава 1. Строение и свойства материалов…………………………………….……………3
- •Глава 2. Свойства материалов……………………………………………………………...10
- •Глава 1. Строение и свойства материалов.
- •1.2.3. Анизотропия
- •1.3.4 Металлические кристаллы
- •1.4. Фазовый состав сплавов
- •1.4.1. Твердые растворы
- •1.4.2. Промежуточные фазы
- •1.5 Дефекты кристаллов
- •1.5.1 Точечные дефекты
- •1.5.2. Линейные дефекты
- •1.5.3. Поверхностные дефекты
- •Глава 2. Свойства материалов.
- •2.2. Механические свойства материалов
- •2.2.1. Механические свойства, определяемые при статических нагрузках
- •Глава 3. Формирование структуры литых материалов.
- •3.1 Самопроизвольная кристаллизация
- •3.2. Несамопроизвольная кристаллизация
- •3.3 Форма кристаллов и строение слитков
- •3.4. Получение монокристаллов
- •3.5 Аморфные металлы
- •3.6. Нанокристаллические материалы
- •Глава 5. Формирование структуры деформированных металлов
- •5.1. Пластическое деформирование моно- и поликристаллов
- •5.1.1. Механизм пластического деформирования
- •5.1.2. Особенности деформирования монокристаллов
- •5.1.3. Деформирование поликристаллов
- •5.1.4. Деформирование двухфазных сплавов
- •5.1.5. Свойства холоднодеформированных металлов
- •5.2 Возврат и рекристаллизация
- •Глава 6. Термическая обработка сплавов.
- •6.1 Виды термической обработки
- •Глава 9. Стали, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность.
- •9.1. Классификация конструкционных сталей
5.1.3. Деформирование поликристаллов
При деформировании поликристаллов отсутствует стадия легкого скольжения, деформация зерен начинается сразу по нескольким системам скольжения и сопровождается изгибами и поворотами плоскостей скольжения. Пока общая деформация мала (порядка 1 %) зерна деформируются неоднородно в силу их разной ориентации по отношению к приложенным нагрузкам.
Изменения микроструктуры при деформировании сводятся к следующему (рис. 5.7).
С ростом степени деформации зерна постепенно вытягиваются в направлении пластического течения (см. рис. 5.7, б). Внутри зерен повышается плотность дефектов. При значительных деформациях образуется волокнистая структура, где границы зерен различаются с трудом (см. рис. 5.7, г).
При значительной деформации в металле появляется кристаллографическая ориентация зерен, которая называется текстурой деформации. Текстура деформации — это результат одновременного деформирования зерен по нескольким системам скольжения. Она зависит от вида деформирования (рис. 5.8), кристаллической структуры металла, наличия примесей и условий деформирования.
При волочении возникают так называемые аксиальные текстуры, когда определенное кристаллографическое направление оказывается параллельным оси проволоки для большинства зерен (см. рис. 5.8, б).
При прокатке получается более сложная текстура: параллельно плоскости прокатки располагаются плоскость и направление решетки. Между направлением прокатки и направлением кристаллической решетки устанавливается угол а (см. рис. 5.8, а). Текстура деформации делает металл анизотропным.
Как было установлено при помощи электронно-микроскопических исследований, в наклепанных металлах появляется ячеистая тонкая структура (рис. 5.9). Ячейки диаметром 0,25 - 3 мкм представляют собой свободные от дислокаций участки; границы ячеек — это сложные переплетенные стенки дислокаций. Между собой ячейки разориентированы. У разных сплавов, естественно, имеются различия, которые зависят от химического состава сплавов, степени деформации.
С увеличением деформации размеры ячеек сохраняются практически неизменными, увеличивается лишь плотность дислокаций в стенках ячеек.
5.1.4. Деформирование двухфазных сплавов
Каждая фаза имеет свои системы скольжения и свои критические напряжения сдвига, поэтому деформирование двухфазных сплавов оказывается более сложным. Сохранение неразрывности вдоль поверхности раздела фаз при деформировании усложняет пластическое течение. При равных условиях в двухфазных сплавах образуются более сложные текстуры деформации. Процесс деформирования в таких сплавах зависит не только от свойств второй фазы и ее содержания в сплаве, но и от характера распределения этой фазы в структуре. Если хрупкая вторая фаза располагается в виде непрерывной сетки по границам зерен, то сплав окажется хрупким. Если такое же количество второй фазы разместится в виде отдельных зерен в пластичной матрице — основе сплава, то сплав сохранит пластичность, а присутствие второй фазы проявится в упрочнении.
Особо важное значение имеет двухфазная структура, когда мелкие включения второй фазы равномерно расположены в пластичной матрице. Такой тип структуры получают термической обработкой (см. гл. 6), методами порошковой металлургии (например, частицы оксидов в металле) или иными способами.
Когда движущаяся дислокация наталкивается на когерентные частицы, то она их перерезает (рис. 5.10, а), если же дислокация встречает некогерентные частицы, то она их проходит, оставляя дислокационную петлю вокруг каждой частицы (рис. 5.10, 6"). В обоих случаях для перемещения дислокации требуется большее напряжение, чем в таком же металле без частиц вторых фаз. С повышением плотности размещения частиц, упрочнение будет возрастать. При прохождении множества дислокаций через «полосу препятствий» с частицами второй фазы напряжение течения в первом случае окажется неизменным, а во втором — будет нарастать по мере увеличения числа дислокационных петель вокруг каждой частицы. Чем больше петель дислокаций одного знака, тем значительнее сила отталкивания для приближающейся дислокации того же знака. Теоретическое максимальное напряжение сдвига достигается при такой концентрации частиц, когда среднее расстояние между ними достигнет ~ 15 нм.
Основная масса промышленных сплавов имеет поликристаллическую структуру. Обработка давлением стала основой важных технологических процессов изготовления деталей и изменения свойств сплавов. В зависимости от температуры обработки и скорости деформирования различают процессы холодного, теплого и горячего деформирования.
Холодное деформирование осуществляют при температурах не выше 0,ЗТ(плав).
Главное значение здесь имеют процессы упрочнения, обусловленные резким увеличением плотности дислокаций (до 10е12 см(-2) ) и ограничением их подвижности. Разупрочнение из-за поперечного скольжения винтовых дислокаций несущественно отражается на свойствах сплавов.
Теплое деформирование проводят при температурах (0,3 — 0,5)Т(плав). Основными здесь являются процессы упрочнения, при одновременно идущих процессах разупрочнения — поперечное скольжение винтовых и переползание краевых дислокаций.
Горячее деформирование осуществляют при температурах выше 0,6Т(плав). В этом случае основную роль играют процессы разупрочнения, когда с большой скоростью развиваются динамический возврат, полиго-низация и рекристаллизация. Благодаря разупрочнению обеспечивается деформирование с большими степенями деформации за одну операцию. Упрочнение материала при деформировании выше 0,6Т(плав) можно сохранить лишь резким охлаждением, не дожидаясь снятия наклепа вследствие протекания процессов разупрочнения.