Лекция 7. Тема № 4. «Основы пластической деформации

Тема № 4. «Основы пластической деформации. Механизм пластической деформации. Наклеп при пластической деформации».

Деформация скольжением, двойникованием. Другие виды деформации: складкообразование, сброс, вторичное скольжение. Пластическая деформация монокристаллов с ГЦК, ГПУ и ОЦК решетками. Три стадии упрочнения: стадия легкого скольжения, линейного упрочнения и параболического упрочнения. Деформационное упрочнение поликристаллов. Влияние скорости деформации, легирования на процесс деформации. Особенности деформации углеродных и легированных сталей.

При увеличении степени пластической деформации металла или сплава с любым типом кристаллической решетки плотность дислокаций непрерывно увеличивается, – увеличивается и прочность металлов и сплавов. Если в исходном недеформированном металле или сплаве плотность дисло­каций составляет 10^-10 см^-2, то после больших степеней деформации она достигает 10^-10 см^-2.

ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ С ГЦК, ГПУ И ОЦК РЕШЕТКАМИ

Рассмотрим упрочнение ГЦК монокристаллов на примере типичной кривой напряжение – деформация. На этой кривой четко выражены три стадии деформации.

Начальный участок кривой, характеризующийся более высоким ростом напряжений, связан с упругой деформаций (рисунок 35).

Стадия I – легкого скольжения – характеризуется малым упрочнением. Деформация развивается при небольшом возрастании приложенного напряжения, так как длина свободного пробега дислокаций велика. На поверхности появляются тонкие параллельные линии, находящиеся на расстоянии (2-3)·10^-4см друг от друга. Величина сдвига в каждом слое скольжения находится в интервале (0,3-0,5)·10^{-4 см. Следы скольжения называются линиями Чернова - Людерса. Легкое скольжение осуществляется сначала движением имеющихся дислокаций, а затем дислокаций, генерируемых источниками Франка-Рида в одной благоприятно ориентированной системе скольжения. Движущиеся дислокации выходят на поверхность кристалла. 0днако часть дислокаций может задержаться в кристалле, если они встретят на своем пути препятствие. Такими препятствиями могут быть дислокационные диполи, состоящие из положительных и отрицательных краевых участков, и которые тормозят движущуюся дислокацию.}

Существование первой стадии упрочнения установлено на кристаллах алюминия, меди, серебра и никеля. Однако при аналогичных условиях испытания протяженность первой стадии для этих металлов неодинакова. Так, например, первая стадия для кристаллов алюминия продолжается до 4-5%, тогда как для меди деформация может превышать 20%. Этоможно объяснить большей прочностью межатомной связи у меди, чем у алюминия. Это и определяет коэффициент упрочнения Q₁ - на стадии легкого скольжения. Средняя плотность дислокаций на этой стадии составляет 10⁸ cм^-2.

Легкое скольжение заканчивается, когда плотность дислокаций на первичной системе скольжения становится критической.

Стадия II – линейного упрочнения, характеризуется коэффициентом упрочнения Q₂примерно в 10 раз большим, чем Q₁. На этой стадии активизируются источники дислокаций во второй системе скольжения и происходит скольжение в пересекающихся плоскостях и множественное скольжение (рис.36, 37)

Рисунок 36 – Скольжение в пересекающихся плоскостях в никеле

Рисунок 37 – Множественное скольжение в алюминии

Множественное скольжение в пересекающихся плоскостях приводит к взаимодействию дислокаций, их пересечению, появлению сидячих дислокаций Ломер-Котрелла (рис.38 а, б)

а б

Рисунок 38 – Образование барьеров Ломер – Коттрелла. а) – схема микро структуры; б) – фотография микроструктуры

На дислокациях появляются пороги, тормозящие их движение. Дислокации скапливаются, образуют клубки, в которых они распределены хаотически. Такие дислокации называют дислокациями «леса».

Дислокационные клубки преобразуются в устойчивые регулярные сетки. Эти сетки представляют собой стенки ячеек, в которых плотность дислокаций высока (около 10 см^-2). Они разбивают кристалл на участки, сравнительно свободные от дислокаций. Такая дислокационная структура называется ячеистой.

Впроцессе развития второй стадии упрочнения плотность дислокаций постепенно увеличивается, чем их больше, тем выше степень разориентировки ячеек. Угол разориентировки составляет 2–3º, а при больших степенях деформации может доходить до 5–10º. Таким образом, причина упрочнения металла на этой стадии заключается в резком увеличении плотности дислокаций и появлении ячеистой структуры, стенки которой являются препятствием на пути движения дислокаций.

Стадия третья – параболического упрочнения. Характер ячеистой структуры на третьей стадии не изменяется. Происходит увеличение ширины ячеек за счет повышения в них количества дислокаций. Кривая на рисунке 35 становится положе, значит интенсивность упрочнения уменьшается.

На третьей стадии скольжения возникают новые полосы скольжения ступенчатого характера, свидетельствующие о развитии поперечного скольжения винтовых дислокаций. Снижение интенсивности упрочнения, обусловленное перераспределением дислокаций под влиянием высоких напряжений называется «смягчением при наклепе». Случай упрочнения металла с ГЦК решеткой, описываемый кривой на рисунке 35, наблюдается при благоприятной для возникновения легкого скольжения ориентировке. Если кристалл с ГЦК решеткой ориентирован произвольно, в нем сразу начинается множественное скольжение и наступает быстрое упрочнение.

Рассмотренные ранее особенности пластической деформации кристаллов с ГЦК решеткой в равной степени справедливы и для гексагональных кристаллов. Однако для гексагональных кристаллов характерна более выраженная анизотропия. При обычных условиях испытаний наблюдается базисное скольжение (плоскость {0001} кристаллографическое, направление <1120>). При наличии точечных дефектов может начаться призматическое {1010} или пирамидальное {1011} скольжение. Если имеется только базисное скольжение, то пластическая деформация протекает, как 1-я стадия для ГЦК кристаллов. Если же вступают вторичные системы скольжения – это соответствует 2-й стадии упрочнения (рис. 39)