2020-06-08
173
Вторая стадия ПД рассматривалась при условии участия всех дислокаций в развитии ПД. Однако, при достаточно высокой плотности дислокаций в результате реакций аннигиляции часть дислокаций выпадает из общего количества носителей ПД. Коэффициент упрочнение при этом уменьшается, что соответствует началу третьей стадии – стадии динамического возврата (q4» 10-4 G).
Вероятность встречи дислокаций увеличивается с повышением скалярной плотности дислокаций (ρ = ρ+ + ρ_), но с другой стороны уменьшается длина свободного пробега дислокаций, что снижает вероятность их встречи. Так длина свободного пробега дислокаций на третьей стадии на два порядка меньше, чем в начале 2- й стадии. Большое количество препятствий для движения дислокаций, созданные на второй стадии и всё возрастающие напряжения вынуждают развиваться поперечное скольжение винтовых дислокаций, то есть скольжение с переходом из одной разрешённой плоскости скольжения в другую. Именно поперечное скольжение обеспечивает встречу дислокаций разного знака и оно же является характерной чертой ПД третьей стадии. Плотность дислокаций, которая достигает своего максимума к концу второй стадии (≈1011см-2) увеличивается незначительно.
Нелинейность третьей стадии ПД описывает математическое выражение Джоржа Белла:
τ = β√ (g-g0), (3.7) где
g0 = (g2 + g3)/2
β =(2τIIIϴII)1/2
Таким образом, течение третьей стадии определяется только τIII – напряжением начала третьей стадии. Значение τIII сильно зависит от ЭДУ металла или сплава. При низкой величине ЭДУ образуются множественные дефекты упаковки, развивается двойникование, что сильно затрудняет развитие поперечного скольжения и повышает τIII. Если величина τIII высокая, то третьей стадии на диаграмме растяжения может и не быть, т.к. уже в конце второй стадии начинает образовываться шейка на образце. И наоборот, если τIII очень низкое, то второй стадии может не быть, сразу начинается стадия динамического возврата.
Стадия IV слабого деформационного упрочнения (ротационная стадия).
Геометрически третью и четвертую стадию на диаграмме растяжения достаточно трудно разделить, поэтому часто они указываются совместно. Но с точки зрения развития ПД и механизмов ПД они имеют принципиальные различия. Прирост деформации происходит не за счет трансляционного сдвига как это было до начала четвертой стадии, а за счет разворота (ротации) фрагментов структуры. Носителями ротационной деформации являются дефекты особого типа- дисклинации. Плотность дислокаций не возрастает, изменяется только субструктура и увеличивается угол разворота фрагментов или ячеек относительно друг друга. если на второй стадии разворот фагментов не превышал 20, то на ротационной стадии фрагментация структуры резко усиливается и угол разворота может достигать 100. Такая структура уже является критической и на границах ячеек может зарождаться трещина. Таким образом, на четвертой стадии в монокристалле практически появляются границы, подрбные границам зерен, что является результатом самоорганизованного течения металла на мезо-уровне.
Четвертая и следующая пятая стадия ПД связаны с потерей сдвиговой устойчивости образца.
Стадия V образования шейки и разрушения.
На стадии образования шейки выделяют 3 этапа.
1.Деформация локализуется и образуются непересекающиеся макроскопические полосы деформации. При этом коэффициент упрочнения резко уменьшается.
2.Макрополосы деформации развиваются и соединяются своими концами. образуя трехгранную призму. Дальнейшее развитие ПД сопровождается внедрением призмы в глубь металла. Коэффициент упрочнения изменяется незначительно.
3. В области призмы происходит максимальная фрагментация, образуется трещина. Развитие трещины приводит к разделению образца на части, т.е.к разрушению.
Классификация остаточных напряжений
Сложнонапряжённое состояние металла после значительной степени пластической деформации можно дифференцировать на основе релаксационных процессов. Остаточные напряжения и искажения подразделяются на 3 группы:
s 1-го рода - это напряжения, уравновешиваемые или релаксирующие в объёме всего тела;
s 2-го рода - это напряжения, релаксирующие в пределах отдельных блоков или зёрен;
s 3-го рода - это напряжения, уравновешиваемые на уровне КР или в пределах элементарной ячейки.
Запасённая в результате пластической деформации кристаллом энергия при формировании остаточных напряжений распределяется следующим образом:
− 1-го рода – до 2%;
− 2-го рода – до 10%;
− 3-го рода – до 90%.
Таким образом, после холодной пластической деформации кристаллические тела обладают повышенной свободной энергией и находятся в неравновесном состоянии. Для деформированного состояния материала характерно наличие повышенной плотности дислокаций и точечных дефектов, высокий уровень остаточных искажений и напряжений. При этом теряются его пластические свойства и вязкость, увеличивается твёрдость и прочность, снижаются коррозионная стойкость и магнитная проницаемость, возрастает электросопротивление.
Изменение свойств металлов и сплавов в результате пластической деформации называется наклёпом. Свойства наклёпанного (нагартованного) металла изменяются тем сильнее, чем выше степень пластической деформации.
Отличия деформации ГПУ и ОЦК кристаллов.
Особенности деформации ГПУ и ОЦК кристаллов обусловлены характерными различиями в геометрии их кристаллических решеток.
ГПУ металлы.
В ГПУ решетке существует одна плотноупакованная плоскость типа {0001},т.е базисная., где сопротивление перемещению дислокаций минимально. По призматическим плоскостям типа {10 
0} или {11 
0}, и по пирамидальным плоскостям типа {10 1} напряжение скольжения значительно выше. В связи с этим и поперечное скольжение сильно затруднено, так как изменяет тип плоскости скольжения с базисной на пирамидальную или призматическую.
Если степень тетрагональности решетки близка к идеальной (с/а ≈1,633), как у магния, то значения критических напряжений сдвига различаются незначительно, примерно на 12%, но преимущество базисных плоскостей для скольжения сохраняется.
У цинка и кадмия степень тетрагональности решеток значительно больше идеального значения. Критические напряжения сдвига по пирамидальным плоскостям в 30-50 раз выше, чем по базисным. Такие кристаллы очень долго деформируются по одной системе скольжения - базисной и первая стадия деформации (площадка текучести) может длиться до 100-200% деформации, и q1» 3*10-4 G. Чтобы произошла смена плоскости скольжения с базисной на пирамидальную, необходимо ориентировать кристалл таким образом, чтобы направление приложения нагрузки было очень близко к оси «С».
Металлы с ГПУ решеткой (Ti, Zr), в которой с/а < идеального деформируются по призматическим или пирамидальным плоскостям, но напряжения течения превышают на порядок величину таковых для металлов с высокой степенью тетрагональности. В связи с чем, коэффициент упрочнения на первой стадии у таких металлов значительно выше и составляет q1» 20*10-4 G. Достаточно легко происходит поперечное скольжение при смене призматических плоскостей скольжения на пирамидальные и такие металлов могут деформироваться сразу по нескольким системам скольжения.
Вторая стадия множественного скольжения для всех ГПУ металлов имеет очень высокий коэффициент упрочнения порядка 1/200G. Часто на второй стадии ПД проявляется двойникование.
ОЦК металлы.
В ОЦК металлах существует несколько почти равнозначных систем скольжения, в которых разница между приведенным критическим напряжением сдвига не превышает 12%. Например в семействах {110} и {112}. Поэтому скольжение по одной системе параллельных плоскостей происходит только в случае точной ориентации монокристалла и тогда можно наблюдать все 4 стадии ПД. Поперечное скольжение в ОЦК кристаллах облегчено, τIII низкое и стадии линейного упрочнения может не быть, после стадии легкого скольжения сразу начинается параболическая стадия ПД. Этому также способствует очень высокая ЭДУ в ОЦК металлах. Стадия легкого скольжения очень короткая - 2÷3% деформации. Причем чаще наблюдают извилистые линии скольжения на поверхности образцов, что свидетельствует о работе нескольких систем скольжения уже на первой стадии ПД. Коэффициент упрочнения на первой стадии невысок, как и для других металлов: q1» 3*10-4 G. На стадии множественного скольжения, если она проявлена, коэффициент упрочнения составляет q11» (1,5÷2,5) 10-3 G
Хотя дислокации в ОЦК кристаллах не расщеплены, винтовые дислокации имеют некоторые особенности геометрии, их ядра как бы «размазаны» в двух или трех плоскостях. А это приводит к тому, что подвижность смешанных дислокаций больше, чем винтовых.
В ОЦК кристаллах геометрия деформации на растяжение и сжатие различна и не является симметричной. Критические напряжения сдвига в одной системе скольжения при растяжении и сжатии сильно отличаются (более чем на 20%).
