Пластическая деформация поликристаллов

Пластическая деформация поликристаллических образцов с ГЦК решеткой имеет ряд важных особенностей, но и в них основные элементы картины деформации, рассмотренные на примере монокристаллов, сохраняются. Поликристалл принципиально отличается наличием в его структуре высокоугловых границ. Поликристалл можно рассматривать как совокупность произвольно ориентированных монокристаллов (зерен), отделенных друг от друга высокоугловыми границами. При растяжении такого поликристалла внутри каждого зерна вдали от границ картина на начальных стадиях пластической деформации должна быть такой же, как она была бы, если бы это зерно деформировалось отдельно. Из-за разной ориентации зерен деформация в них начинается не одновременно и развивается неоднородно.

В первую очередь скольжение идет в благоприятно ориентированных зернах, внутри которых имеется система легкого скольжения, расположенная так, что в ней действуют максимальные касательные напряжения. В этих зернах некоторое время наблюдается типичное легкое скольжение, сопровождающееся появлением длинных тонких линий. Дислокации внутри благоприятно ориентированных зерен на начальных стадиях деформации скользят без больших помех на большие расстояния и многие из них доходят до границ зерен. Последние, как известно, являются эффективными барьерами для дислокаций, которые тормозятся здесь, образуя скопления (рис. 41).

Рисунок 41 – Скопления дислокаций у границ зерна

Вокруг скоплений возникают поля упругих напряжений, которые действуют на границы и прилегающие к ним участки соседних зерен в дополнение к приложенным извне напряжениям. В этих условиях могут начать работать дислокационные источники в приграничных областях. Так происходит эстафетная передача деформации в поликристалле. Деформация начинается, прежде всего в зернах, наиболее благоприятно ориентированных по отношению к действующей нагрузке, т.е. под углом 45°. Возникают максимальные касательные напряжения, вызывающие пластическую деформацию.

После небольшой степени пластической деформации в отдельных зернах вообще не наблюдаются линии скольжения, т.е. деформация еще не началась, в других – видны параллельные полосы скольжения, характерные для первой стадии, в третьих – наблюдаются пересекающиеся полосы скольжения, – что присуще 2-й стадии упрочнения, в четвертых – волнистые полосы скольжения, свидетельствующие о поперечном скольжении, характерные для третьей стадии упрочнения.

В латуни кроме линии сдвига образуются двойники, т.е. происходит деформация двойникованием. Двойники в структуре наблюдаются в виде областей, ограниченных параллельными полосами. Следует различать двойники отжига и двойники деформации. В структуре латуни присутствуют и те и другие. Двойники отжига более крупные по размерам и отличаются окраской от зерен, в которых они образовались: двойники деформации - более узкие и мало отличаются по окраске от зерен.

При дальнейшем увеличении степени деформации число зерен с пересекающимися и волнистыми полосами скольжения увеличивается, вместе с тем наблюдается вытягивание зерен и их разворот в направлении деформации, в результате чего формируется текстура деформации. При больших степенях деформации (ε = 70 – 90 %) из-за больших искажений кристаллической решетки травимость микрошлифа внутри и на границе зерна мало отличается, вследствие чего границы зерен плохо различимы, – структура приобретает волокнистое строение. При увеличении степени деформации разница в различных степенях упрочнения отдельных зерен сглаживается, – они деформируются по второй и третьей стадии упрочнения.

На кривой упрочнения поликристаллического металла стадии упрочнения не так сильно выражены, как на кривой упрочнения монокристалла, особенно первая стадия легкого скольжения

Объясняется это ограничением легкого скольжения границами зерен и быстрым развитием множественного скольжения. Если сопоставлять кривые деформационного упрочнения моно- и поликристалла из одного металла, то легко убедиться, что большая часть этой кривой для поликристалла соответствует напряжениям, которые необходимы для перехода к третьей стадии монокристалла (рис. 42).

Если в ГЦК металлах скольжение осуществляется по 12 системам скольжения, то в ОЦК по 48 системам скольжения. Поэтому уже при малых степенях деформации наряду с линейным скольжением, происходит множественное скольжение в пересекающихся плоскостях, а также поперечное, вызванное

Рисунок 42 – Кривая упрочнения моно - и поликристаллических образцов из одного металла

переходом винтовых дислокаций из одних плоскостей скольжения в другие. В микроструктуре технически чистого железа наблюдается только вытягивание зерен и поворот. При дальнейшем увеличении степени деформации в образцах технически чистого железа происходит все более сильное вытягивание зерен и их дальнейший поворот в направлении деформации. Полосы скольжения в этих образцах не видны. Их можно выявить только после специального травления (рис.43).