9 Как с точки зрения теории дислокации объяснить механизм скольжения. Механизм упрочнения при холодной омд и его практическое применение

Хотя реальные Ме и сплавы имеют поликристаллическое строение, изучение процессов деформации лучше проводить на монокристаллах. Пластическая деформация монокристалла может протекать по двум механизмам: скольжения и двойникования.

Скольжение – параллельное смещение тонких слоев монокристалла относительно друг друга. Оно охватывает слои в несколько атомных слоев (рядов), пересечение которых с поверхностью монокристалла называют полосами или линиями скольжения.

В промежутках между ними, именуемыми пачками или пакетами скольжения шириной 10^-2-10^-3мм пластическая деформация отсутствует.

На полированной поверхности растягиваемого образца полосы скольжения проявляются в виде линий, именуемых линиями Чернова-Людерса. Скольжение в монокристаллах происходит по определенным кристаллографическим плоскостям, называемым плоскостями скольжения, а также по определенным направлениям, называемые направлениями скольжения. Плоскостями скольжения обычно являются плоскости с наибольшей плотностью размещения атомов. В совокупности плоскость скольжения и направление скольжения образуют систему скольжения. Например для монокристаллов с гранецентрированной кубической решеткой ГЦК семейство плоскости скольжения будет {111}, а семейство направлений <101>.

Для гексогональной решетки семейством плоскостей скольжения является базисная плоскость (шестиугольник), а направлениями скольжения – диагонали шестиугольника. Для кристаллов с ОЦК направления скольжения совпадают с пространственными диагоналями <111>, через которые проходит ряд плоскостей. Таким образом монокристаллы с различными типами решеток имеют разное число возможных систем скольжения, а именно: ГЦК имеет 4 плоскости, в каждой из них по 3 направления (итого 12 систем скольжения); ГПУ – 1 плоскость скольжения и 3 напр. (3 системы скольжения); ОЦК – от 12 до 48 систем скольжения.

При скольжении наименьшее смещение атомов равно периоду решетки, при двойниковании оно составляет доли периода решетки..

Используемые реальные металлы и сплавы являются поликристаллическими. Даже монокристаллы разбиваются на отдельные блоки мозаики, что вызывает их подобие с поликристаллами. Поликристалл - это совокупность взаимосвязанных и различным образом ориентированных зерен (кристаллов), либо блоков мозаики. Вблизи границ зерен свойства Ме отличаются от свойств внутри зерна.

Пластическая деформация поликристалла осуществляется в результате деформации каждого отдельного зерна (внутризёренная), а также их взаимного перемещения или поворота (межзёренная). Последняя особенно опасна при холодном пластическом деформировании т.к. могут разрушаться связи между зернами. Деформация отдельных зерен имеет тот же механизм, что и деформация монокристалла. Скольжение и двойникование начинается в первую очередь в зернах благоприятно орентированых в плоскости скольжения к направлению действия внешних сил под 45° действию внешних сил.

Зерна 1 и 2 наиболее благоприятно расположены к линии действия внешних сил поэтому в них в первую очередь начнется пластическая деформация. Зерна 3 и 4 имея менее благоприятную ориентировку деформируются упруго и получают лишь относительное смещение в связи с изменением формы пластически деформируемых зерен 1 и 2. Внешним проявлением сдвигов зерен 1 и 2 являются линии скольжения (линии Чернова - Людерса), появляющиеся на поверхности образца.

Линия Чернова-Людерса

Такая сетка наблюдается на поверхности пластически деформир. образца. По мере нарастания деформации, пластически деформируемые зерна оказывают давление на соседние, повышая тем самым в них напряжения до значений максимальных касательных напряжений. Следовательно, с увеличением степени деформации растет число зерен охватываемых пластической деформацией. При воздействии сжимающей нагрузки часть недеформированных зерен будет изменять свою форму за счет напряжений растяжения. Однако даже если все зерна поликристалла благоприятно ориентированны плоскостями скольжения к направлению действия внешних сил все равно возникает неоднородность деформации из-за того что у границ зерен металл прочнее чем внутри их из-за большого искажения кристаллической решетки вблизи границ зерен. У границ зерен деформация затруднена, что также вызывает неравномерность деформации. При наличии в деформируемом сплаве твердых растворов либо механических примесей в первую очередь деформируются мягкие зерна. В условиях неравномерной деформации резко снижается пластичность металлов.

Зерна 1 удлиняются с стремятся растянуть зерно 4. Поэтому в зерне 4 появляются растягивающие напряжения σ_ρ , а в зернах 1 появляется напряжения сжатия σ_С как результат реакции зерна 4 на зерна 1.Вот это и является одним из причин возникновения дополнительных напряжений.

Даже если все зерна благоприятно орентированны к плоскости скольжения по отношению к действию внешних сил, тем не мение в зернах имеет место неравномерная деформация, поскольку на границах зерен метал прочнее из-за большого искажения решетки и в этих местах деформация затруднена. При наличии в деформ. сплаве твердых растворов либо мех. Смесей, как например у свинцовистой бронзы, имеющей мягкие включения свинца в меди, в первую очередь начнут деформироваться мягкие зерна свинца, а зерна меди будут деформироваться лишь упруго. Это также приводит к неравномерности деформации. В условиях неравномерности деформ. резко снижается пластичность металла и повышается сопротивление деформированию.

Холодная пластическая деформация приводит к изменению его механических и физико-химических свойств.

С повышением степени деформации растут показатели сопротивления деформирования ( , , , , и твёрдость), одновременно с этим уменьшаются показатели пластичности (относительное удлинение и сужение площади поперечного сечения, ударная вязкость).

Особенно интенсивно это происходит в начальных стадиях деформирования при степени деформирования до 0,25%.

Увеличение прочностных показателей Ме и сплавов объясняется возрастающей по мере накопления деформации сопротивлением смещению дислокации, а уменьшение пластичности объясняется возникновением в процессе деформации нарушения кристалла и появлением трещин. Также в процессе холодной пластической деформации происходит физико-химические изменения: плотность металла несколько снижается, а объём несколько возрастает (0,1..0,2%), особенно это наблюдается при растягивающих напряжениях, кроме того повышается электросопротивление, снижается коррозийная стойкость.

Наклёп – совокупность явлений, связанных с изменением механических и физико-химических свойств Ме в результате холодной пластической деформации.