Особенности деформации поликристаллических тел

При воздействии внешней силовой нагрузки на поликристаллические те­ла, к которым относятся практически все детали СТС и корпус судна, карти­на деформации усложняется.

Во-первых, существующие в любом поликристалле границы зерен, явля­ясь двумерными дефектами кристаллического строения (см. рис. 2.8), иска­жают кристаллическую решетку и создают препятствия для скольжения дис­локаций. Таким образом, мелкозернистый материал с большей суммарной площадью границ будет иметь более высокую прочность, чем крупнозерни­стый (при одном объеме). Связь между пределом текучести и размером зерен можно выразить уравнением Холла-Петча:

где к - экспериментально определяемый коэффициент, / - размер зерна.

Во-вторых, уже в ходе кристаллизации (процессе образования кристал­лов из газообразной, жидкой или твердой фазы) обычно возникает произ­вольная ориентация кристаллов. Это является причиной разориентации - не­совпадение между линией действия внешней нагрузки и направлением наи­большей прочности для отдельных кристаллов может достигать 90° (рис. 2.19).

Это означает, что эти кристаллы оказываются в невыгодном положе­нии и под действием возрастающей нагрузки Р они начинают либо разру­шаться (зерно со сплошной заливкой), образуя более мелкие зерна, либо де­формироваться и разворачиваться таким образом, чтобы угол рассогласова­ния стал меньше (точечная заливка). В материале появляется преимущест­венная ориентация в расположении зерен (так называемая текстура) и вызы­ваемая ей зависимость свойств от направления в материале – анизотропия.

Пластическая деформация, сопровождающаяся возрастанием плотности дефектов (увеличение поверхности межзеренньгх границ в мелкозернистой структуре, дислокации и пр.) и увеличению избыточной свободной энергии, приводит к упрочнению материала - наклепу (рис. 2.19). Это обстоятельство часто используют для повышения конструкционной прочности материала детали. Примерами могут служить прокатка на металлургических заводах стальных листов для изготовления корпуса судна, ковка коленчатых, валов и шатунов судовых дизелей и т.п.

В то же время, учитывая одновременное снижение пластичности мате­риала, при проведении упрочняющей обработки следует добиваться компро­мисса - оптимального сочетания показателей прочности и пластичности, оп­ределяемого условиями эксплуатации.