Пластическая деформация металлов
Деформацией называют изменение формы и размеров тела под действием внешних сил или внутренних напряжений.
Под действием внешних сил в металле возникают сначала упругие, а затем и пластические деформации.
Упругая деформация исчезает после снятия нагрузки.
При упругой деформации под действием приложенной силы атомы в кристаллической решетке смещаются из равновесных положений на расстояния не превышающие межатомные, а после прекращения ее действия атомы возвращаются в прежние положения за счет сил межатомного взаимодействия.
Изделие возвращается к прежней форме и размерам. Заметных остаточных изменений в структуре материала изделия не возникает, следовательно, его свойства тоже не изменяются.
Пластическая деформация не исчезает после снятия нагрузки. При возрастании напряжения атомы смещаются на значительные расстояния и занимают новые положения равновесия. Деформация становится необратимой. После снятия нагрузки устраняется только ее упругая составляющая.
В настоящее время признаны два механизма пластической деформации: первый - сдвиговой (скольжением и двойникованием); второй – диффузионный.
При скольжении наблюдается взаимный сдвиг частей кристалла по определённым кристаллографическим плоскостям и направлениям, образующим системы скольжения. Деформация скольжением является основным видом деформации металлов.
Деформация двойникованием осуществляется также путём сдвига по определённым плоскостям. При двойниковании (рисунок 3.5) части кристалла смещаются так, что они оказываются в положении зеркального отражения относительно плоскости двойникования.
|
|
|
Диффузионный механизм пластической деформации реализуется в условиях повышенных температур, когда атомы в кристаллической решётке приобретают направленное перемещение в поле упругих напряжений, созданных внешней, приложенной к металлу силой.
Механизм пластической деформации путём скольжения дислокаций демонстрирует рисунок 3.1. Перемещение одной части кристалла относительно другой происходит за счет движения дефектов кристаллической решетки - дислокаций. Движение дислокаций осуществляется по плоскостям и направлениям, наиболее плотно упакованным атомами. В каждой плоскости скольжения перемещается множество дислокаций. Выходя на поверхность кристалла, они образуют ступеньки (рисунок 3.1).
а б в
Рисунок 3.1 - Схема пластической деформации металла путём скольжения дислокаций
Каждая дислокация образует ступеньку шириной в одно межатомное расстояние. Поскольку дислокаций в кристалле множество, поэтому их движение дает видимую пластическую деформацию всего кристалла (рисунок 3.2).
|
|
|
Рисунок 3.2 - Деформация кристалла
Пластическая деформация поликристаллических металлов и сплавов происходит по такому же механизму. В начальный период деформации скольжение дислокаций протекает достаточно легко. Скольжение проходит в каждом зерне по множеству параллельных плоскостей, при этом изменяется форма каждого зерна, а значит и всего изделия. По мере роста степени деформации наблюдается повышение плотности дислокаций. Они начинают взаимодействовать между собой, затрудняется их скольжение, особенно по пересекающимся кристаллографическим плоскостям. В результате возникает сложная дислокационная структура, получившая название - «лес дислокаций». В процессе деформации в результате размножения дислокаций их плотность повышается в миллион раз – от ρ=106 см-2 до ρ =1012 см-2.
Рисунок 3.3 Изменение формы зерен в результате деформации скольжением: а - схема и микроструктура металла до деформации,
б – схема и микроструктура металла после деформации.
В результате в металле, подвергнутом значительной пластической деформации, формируется полосчатая микроструктура с зёрнами, вытянутыми в направлении приложенных сил (рисунок 3.3, рисунок 3.4).
|
|
|
Рисунок 3.4 Микроструктура среднеуглеродистой стали (увел. 450 крат):
а - отожжённая, не деформированная;
б - после холодной пластической деформации прокаткой.
Двойникование (рисунок 3.5) наблюдается, когда деформация скольжением затруднена (при высоких скоростях и низких температурах деформирования, при многоосном приложении нагрузки). Величина деформации при двойниковании мала.
Рисунок 3.5. Схема деформации под действием напряжений сдвига: двойникование
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 567; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!