11 Температурная диаграмма пластичности. Зоны хрупкости стали при нагреве и их использование в операциях омд
Температура наиболее существенно влияет на механические характеристики деформируемого Ме. С его повышением как правило снижаются показатели сопротивления деформированию и увеличиваются показатели пластичности, однако изменение этих показателей происходит не монотонно (неоднозначно). О характере изменений можно судить на примере деформирования углеродистой стали. Нагрев стали до 1000С несколько увеличивает пластичность и снижает сопротивление деформированию. Повышение температуры до 3000С значительно увеличивает прочность (зона синеломкости), что объясняется выпадением мельчайших частиц карбида по плоскостям скольжения (аналогично старению). Пластичность Ме падает. Синеломкость положительно используют при разделении крупносортных прутков на заготовки при рубке на пресс-ножницах. Дальнейшее увеличение температуры приводит к значительному падению прочности (примерно в 10 раз при 10000С) и увеличению пластичности. Снижение пластичности может наблюдаться в области температур фазовых превращений и в условиях неполной горячей деформации. Падение пластичности в области фазовых превращений объясняется наличием в деформируемом Ме одновременно 2-х фаз с различными свойствами, что приводит к увеличению неравномерности деформаций, => к повышению сопротивления Ме. При Т несколько меньших Тпл происходит резкое снижение пластичности из-за интенсивного роста зерна (перегрев), а также из-за последующего пережога Ме (окисление границ зерен). Перегрев устраняют нагревом Ме до температур выше интервала фазовых превращений (до температуры рекристаллизации) с последующим быстрым охлаждением на воздухе (нормализация).
Пережог – неисправимый брак, приводящий к хрупкому разрушению Ме. Общим для всех Ме и сплавов является то, что наибольшую пластичность и малое сопротивление деформированию они имеют при Трекр в условиях горячей деформации. Опасными являются области температур, при которых возможны фазовые превращения, явления старения и синеломкости, а также условия неполной горячей деформации.
При Тгор. деф-ции прочность межзеренных прослоек уменьшается, а их пластичность возрастает, поэтому доля межзеренной деформации может возрастать, что повышает общую деформацию.
Снижение хрупкости межзеренных прослоек уменьшает опасность образования в них микротрещин. Это объясняется возможностью «залечивания» образовавшихся микротрещин за счет диффузионных процессов на границах зерен. Примеси в Ме и сплавах снижают их пластичность в широком диапазоне температур. При образовании легкоплавких эвтектик, примесей и легирующих компонентов с основным Ме в интервале некоторых температур пластичность резко уменьшается. Например технически чистое железо обнаруживает хрупкость в интервале 900-10000С (зона красноломкости) из-за расплавления эвтектики FeS, располагающейся на границах зерен.
12 Механизмы деформации монокристаллов (скольжение и двойникование)
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. Это смещение охватывает слои в несколько атомных 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 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. Плоскостями скольжения обычно являются кристаллографические плоскости с наибольшей плотностью размещения атомов. В совокупности плоскость и направление скольжения образуют систему скольжения. Для монокристаллов с ГЦК семейство плоскостей скольжения будет {111}, а семейство направлений <101>. Для ГПУ семейство плоскостей скольжения является базисная плоскость {0001}, а направлениями – диагонали шестиугольника. Для ОЦК направления скольжения совпадают с пространственными диагоналями <111>. Т.о. монокристаллы с различными типами решеток имеют разное число возможных систем скольжения, а именно: ГЦК имеет 4 плоскости, в каждой из них 3 возможных направления (итого 12 систем скольжения); ГПУ – 1 плоскость скольжения и 3 напр. (3 системы скольжения); ОЦК – от 12 до 48 систем скольжения.
Двойникование представляет собой такое смещение атомов, при котором деформированная часть монокристалла переходит в положение симметричное недеформированной его части относительно некоторой кристаллографической плоскости, называемой плоскостью двойникования. Например, в монокристаллах с ГЦК плоскостью двойникования является плоскость {111}.
При скольжении наименьшее смещение атомов равно периоду решетки, при двойниковании оно составляет доли периода решетки. При этом все плоскости деформированной части Ме смещаются относительно недеформированной части на одну и ту же величину.
Переход решетки в новое положение происходит почти мгновенно и часто сопровождается потрескиванием. Двойникованием может быть получена незначительная степень деформации. Этот механизм деформации обычно сопутствует основному механизму – скольжению. Двойникованию способствует понижение температуры и повышение скорости деформации.