Лекція № 6 тема: пластична деформація і рекристалізація металів
Пружна і пластична деформації.* Механізм пластичної деформації.
Структурні зміни під час холодної пластичної дефофрмації. Текстура деформації. Наклепання. Руйнування металів.*
Структурні зміни під час нагрівання холоднодеформованого металу. Повернення (відпочинок) і полігонізація. Первинна рекристалізація, правило Бочвара. Вторинна (збірна) рекристалізація. Діаграми рекристалізації.*
Холодна та гаряча пластична деформація. Структурні зміни під час гарячої пластичної деформації. Структурні зміни під часпіслядеформаційного охолодження гарячедеформованого металу.
Пружна і пластична деформації.* Механізм пластичної деформації.
При конструюванні виробів в першу чергу керуються механічними властивостями матеріалів. Механічні властивості матеріалів характеризують їх здатність чинити опір деформації і руйнуванню під впливом різного роду навантажень. Механічні навантаження можуть бути статичними, динамічними і циклічними. Крім того, матеріали можуть піддаватися деформації і руйнуванню як при різних температурах, так і в різних, у тому числі агресивних, середовищах.
Деформацією називається зміна форми і розмірів тіла під дією напруги. Деформація, що виникає при порівняно невеликій напрузі і зникаюча після зняття навантаження, називається пружною, а така, що зберігається – залишковою, або пластичною. При збільшенні напруги деформація може закінчуватися руйнуванням.
Пружна і пластична деформації у своїй фізичній основі принципово відрізняються одна від одної. При пружній деформації відбувається оборотне зміщення атомів з положення рівноваги в кристалічній ґратці. Пружна деформація не викликає помітних залишкових змін в структурі і властивостях металу. Після зняття навантаження атоми, що змістилися, під дією сил тяжіння (при розтягуванні) або відштовхування (при стискуванні) повертаються в початкове рівноважне положення, і кристали набувають першопочаткової форми і розміри. Пружні властивості матеріалів визначаються силами міжатомної взаємодії.
В основі пластичної деформації лежить безповоротне зміщення одних частин кристала відносно інших. Після зняття навантаження зникає лише пружна складова деформації. Пластичність, тобто здатність металів перед руйнуванням зазнавати значну пластичну деформацію, є однією з найважливіших властивостей металів. Завдяки пластичності здійснюється обробка металів тиском. Пластичність дозволяє перерозподіляти локальну напругу рівномірно за усім обсягом металу, що зменшує небезпеку руйнування.
Для металів характерний більший опір розтягуванню або стискуванню, ніж зрушенню. Тому процес пластичної деформації зазвичай є процесом ковзання однієї частини кристала відносно іншої по кристалографічній площині або площинам ковзання з щільнішою упаковкою атомів, де найменший опір зрушенню. Ковзання здійснюється в результаті переміщення в кристалі дислокацій. В результаті ковзання кристалічна будова зміщуючихся частин не міняється (рис. 6.1).
Рисунок 6.1 – Схема пластичної деформації ковзанням:
а – початковий стан; б – пружнодеформований стан; в – пружно- і пластично деформований стан; г – стан після пластичної деформації
по площині АВ
Іншим механізмом пластичної деформації є двійникування. Як і ковзання, двійникування здійснюється за рахунок зрушення, проте в цьому випадку відбувається зрушення частини кристалла в положення, відповідне дзеркальному відображенню незрушеної частини (рис. 6.2). Двійникування, подібно ковзанню, супроводжується проходженням дислокацій крізь кристал. При деформації двійникуванням напруга зрушення вища, ніж при ковзанні. Двійники зазвичай виникають тоді, коли ковзання з тих або інших причин ускладнено. Деформація двійникуванням зазвичай спостерігається при низьких температурах і високих швидкостях навантаження, оскільки в цих випадках для ковзання потрібна висока напруга зрушення. Двійники характерніші для металів з ГП ґратками (Ti, Mg, Zn).
Відповідно до дислокаційної концепції процеси ковзання і двійникування здійснюються не одночасним зрушенням однієї атомної площини відносно іншої, а послідовним переміщенням дислокацій в площині зрушення. Завдяки тому, що для переміщення дислокацій потрібно значно менші зусилля, чим для жорсткого зміщення атомних площин, фактична напруга зрушення значно менше теоретичної.
Рисунок 6.2 – Пластична деформація двійникуванням
Величина напруги, необхідної для здійснення пластичної деформації, залежить від швидкості деформації і температури. Із збільшенням швидкості деформації досягнення заданої деформації вимагає великої напруги, а при підвищенні температури значення необхідної напруги знижується. Таким чином, пластична деформація являється термічним процесом, що активується. При пониженні температури межа плинності більшості металів росте. Метали з ГЦК ґратками мають значно меншу залежність межі плинності від температури, чим метали з іншими типами ґраток.