Пластическая деформация металлов двойникованием

Механизмы деформационного упрочнения.

Учебные и воспитательные цели:

Освоение теоретических знаний по курсу «Механические свойства и дефекты кристаллического строения металлов» - темы Пластическая

деформация и деформационное упрочнение.

Время: 2 часа (90 мин.).

Литература (основная и дополнительная):

1. Новиков И.И., Розин К.М. Кристаллография и дефекты кристаллической решетки. -М.: Металлургия, 1990. - 336 с.

2. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1998. - 399с.

З. Золоторевский В.С., Портной В.К. Механические свойства металлов. Часть 1.Статические испытания. Лабораторный практикум. М.: МИСиС. 1987. № 534.-143с..

4. Новиков И.И., Строганов Г.Б., Новиков А.И. Металловедение термообработка и рентгенография. М. МИСиС, 1994, 480с.

5. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: ГОУ впо УГТУ-УПИ. 2002.329с.

6. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел.М. Наука, 1974г., 560с.

7. Фигуровский Д.К. Алиев Р.Т. Механические свойства и теория термической обработки металлов и сплавов. Практикум М.; МГУПИ. 2007г. 186с.

Учебно-материальное обеспечение:

Использование компьютерной техники для электронной призентации наглядных материалов лекции

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

Введение – 5 мин. Теоретическое и прикладное значение вопросов пластической деформации и деформационного упрочнения.

Основная часть (учебные вопросы) – до 80 мин.

1-й учебный вопрос. Механизм деформации двойникованием.

2-й учебный вопрос. Деформационное упрочнение поликристаллов.

3-й учебный вопрос. Особенности пластической деформации и

упрочнения твердых растворов и двухфазных сплавов.

Заключение – 5 мин. Выводы по прочитанной лекции. Ответы на вопросы студентов

Деформация двойникованием идет в тех случаях, когда скольжение по тем или иным причинам затруднено. Наиболее часто двойникование наблюдается при низких температурах и высоких скоростях деформации, особенно в металлах с ГП и ОЦК решетками. В чистых ГЦК металлах деформация двойникованием происходит только при отрицательных температурах и высоких скоростях деформации.

Схема деформации образца при растяжении в результате образования двойников показана на рис. 2.10, б. Видно, что при двойниковании происходит сдвиг одной части кристалла относительно другой вдоль определенной плоскости и направления двойникования. Плоскость двойникования – это обычно кристаллографическая плоскость с малыми индексами, которая является плоскостью симметрии двойникового образования относительно исходного кристалла.

В табл. 2.3 приведены эти плоскости и направления для металлов с разными решетками.

Наиболее часто двойникование происходит в ГП металлах, где число систем скольжения минимально, особенно при отношении c/a≥1,633. В неблагоприятно ориентированных для базисного скольжения монокристаллах и многих зернах поликристаллов приведенные напряжения сдвига, достаточные для двойникования, оказываются ниже тех напряжений, которые необходимы для небазисного скольжения.

Таблица 2.3. Кристаллографические плоскости и направления преимущественного двойникования

Тип кристалли- ческой решетки	Направление двойникования	Плоскость двойникования	Металл
ГЦК ОЦК ГП	<> <102> <11>	{111} {112} {102} {101} {112}	Cu, Ni a-Fe, Cr, Mo, W Mg, Zn, Be, Ti, Zr

Часто началу двойникования в ГП металлах предшествует скольжение. Результирующее повышение плотности дислокаций создает концентрацию напряжений в микрообъемах, достаточную для зарождения двойников. Это подтверждается хорошо известными фактами появления двойников при относительно низких напряжениях в поврежденных (например, погнутых) образцах. Иногда, наоборот, при неблагоприятной ориентировке ГП кристалла для базисного скольжения его деформация начинается с двойникования. При этом ориентировка базисных плоскостей может измениться таким образом, что в дальнейшем будет идти деформация скольжением.

Двойникование по одной плоскости не может обеспечить значительной пластической деформации металла. Это объясняется тем, что смещение атомов в каждой плоскости двойникования происходит только один раз и на доли межатомного расстояния.

В результате ГП металлы с c/a ≥1,633 (Cd, Zn, Mg), где действует в основном один тип плоскостей двойникования {1012}, не могут сильно деформироваться только за счет двойникования. С увеличением числа действующих плоскостей и направлений двойникования при переходе к ГП металлам с низким отношеннем c/a (Ti, Zr) величина пластической деформации двойникованием растет.

При металлографическом исследовании в световом и электронном микроскопах, каждый двойник деформации выявляется в виде двух параллельных полос (следов его пересечения с поверхностью излома, шлифа или фольги (рис. 2.21).

Внешне они похожи на двойники отжига, наблюдающиеся в металлах с рекристализованной структурой. Специфичным для двойников деформации является очень малая ширина полос (особенно в ОЦК металлах – обычно меньше 5мкм) и характерные сужения на концах (см. рис. 2.21). В поликристалле двойники никогда не переходят из одного зерна в другое. Обычно они заканчиваются внутри зерна, а если доходят до границы, то возникающие в месте этого стыка напряжения могут способствовать появлению двойника в соседнем зерне, где он будет иметь иную ориентировку.

Схема на рис. 2.10, б и рис. 2.21 показывают положение и вид двойников уже после их образования. Сам же механизм зарождения и роста двойников остается предметом дискуссий. В значительной мере это связано с очень высокой скоростью образования двойников (порядка 10^-1 от скорости звука), затрудняющей последовательный анализ процесса роста двойников.

Из-за высокой скорости двойникования выделение энергии деформации сопровождается характерными звуками. Например, олово и такие ГП металлы, как кадмий и цинк, потрескивают при изгибе.

Считается, что двойник растет за счет перемещения особых двойникующих дислокаций. Картину пластической деформации двойникованием изучают фактически только на макроуровне, наблюдая уже «готовые» двойники, число которых растет по мере увеличения степени деформации.

На боковых границах двойника с окружающей матрицей всегда образуется дефект упаковки. Границы эти являются когерентными, т.е. в расположении атомов по обе стороны имеется закономерная связь. Когерентные границы обладают относительно низкой энергией и высокой устойчивостью и сохраняются даже после высокотемпературного отжига.

Торцовые границы двойника являются обычно некогерентными.

Когерентным границам очень трудно мигрировать, и поэтому двойники растут не в ширину, а в длину и только в результате миграции некогерентных торцовых границ.

Кривые деформационного упрочнения при пластической деформации

двойникованием специфичны. Если деформация начнется путем скольжения, то будет происходить обычное деформационное упрочнение вплоть до точки а (рис. 2.22), по достижении которой образуется первый двойник. Вслед за ним почти моментально возникает много других (в это время как раз слышно потрескивание), и напряжение резко падает. Дальнейшая деформация двойникованием характеризуется зубчатостью диаграммы деформации и слабым упрочнением, которое может усилиться, если увеличится вклад скольжения.