Особенности пластической деформации

Технические металлы и сплавы, используемые для обработки металлов давлением, - это поликристаллические тела. Поликристаллическое тело можно представить, как совокупность большого количества монокристаллов. При таком подходе пластическую деформацию тела можно рассматривать как среднестатистический результат пластической деформации каждого монокристального зерна. Каждое зерно может деформироваться скольжением и (или) двойникованием. Эти механизмы принято называть внутрикристаллитной деформацией.

Однако поликристаллическое тело может деформироваться еще одним специфическим способом, который называется межкристаллитной деформацией.

При деформации поликристаллического тела внутрикристаллитная и межкристаллитная деформация не могут протекать обособленно: внутрикристаллитная обязательно вызывает деформацию межкристаллитную; межкристаллитная – внутрикристаллитную, но не во всех случаях.

Рассмотрим связь между внутрикристаллитной и межкристаллитной деформациями. Возьмем однофазный поликристаллический металл, например, чистое железо. Выше уже установлено, что формоизменение образца происходит в связи с направленным смещением дислокаций в каждом монокристальном зерне (рис. 5.11).

    Выход дислокаций на поверхность зерна А приводит к образованию на ней ступеньки и концентрации напряжений на грани смежного зерна В (рис. 5.11, а). Если ступенька достаточно велика, то в последнем начинает действовать гетерогенный источник дислокаций (рис. 5.11, б). Выходя на поверхность, эти дислокации в свою очередь создают концентрацию напряжений на грани

*Сбросообразование как самостоятельный механизм характерен только для деформации монокристаллов.

соседнего зерна С и вызывают в нем пластическую деформацию. Так, пластическая деформация идет от одного зерна к другому. Деформируются и зерна, плоскости скольжения которых ориентированы неблагоприятно относительно системы внешних сил.

Рис. 5.11. Схема движения дислокаций через смежные зерна поликристаллического металла:

а – начало скольжения в зерне А; б – распространение скольжения на зерно В; в – форма границы KL зерна В при условии свободной деформации; г – форма границы KL при совместной деформации зерен В, С.

    Значительная деформация поликристалла проявляется как результат смещения большого количества дислокаций в большом количестве плоскостей скольжения в каждом зерне. Если бы зерна С, В деформировались обособленно, то их форму и положение можно было бы представить, как показано на рис. 5.11, в. В реальных условиях такая схема невозможна, ибо при деформации без разрушения выполняется условие сплошности. Поэтому кристаллиты С, В получают форму, показанную на рис. 5.11, г. Сопоставляя исходное и деформированное состояние, можно убедиться в том, что изменились форма и взаимное расположение кристаллитов С, В. Их поверхности стали ступенчатыми из – за выхода дислокаций на грани. Длина границы между ними G увеличивалась по сравнению с первоначальной. Совокупность этих изменений представляет одну из особенностей межкристаллитной деформации. Следовательно, внутрикристаллитная деформация обязательно сопровождается межкристаллитной.

Установим связь межкристаллитной и внутрикристаллитной деформации. При относительном перемещении и повороте зерен ребра одних надавливают на грани других. В области надавливания в зерне по гетерогенному механизму могут зарождаться дислокации (рис. 5.11, а). Следовательно, в зерне может происходить скольжение или двойникование. Это значит, что при межкристаллитной деформации возможна и внутрикристаллитная, если напряжения в области надавливания зерен превысят  для скольжения или двойникования данных монокристальных зерен.

Есть еще один механизм деформации, присущий поликристаллам – механизм межзеренного проскальзывания. Он характерен для горячей деформации металлов. С повышением температуры межзеренные границы разупрочняются и при Т = 0,5 Т _пл их сопротивление деформации снижается до уровня сопротивления деформации зерен. Поэтому межзеренное проскальзывание, которое происходит как сдвиг одного зерна относительно другого, с энергетической точки зрения становится равноправным с процессами перемещения дислокаций внутри кристалла. Межзеренное проскальзывание обычно идет одновременно с движением дислокаций внутри зерен. Благодаря этому сплошность поликристалла сохраняется и в процессе деформации. При определенных температурно – скоростных условиях можно получить идеальное сочетание механизмов деформации и перевести металл в состояние сверхпластичности.