Механизм пластической деформации

Пластическая деформация происходит путем сдвига внутри кристалла по определенным кристаллографическим плоскостям, которые называются плоскостями скольжения, сдвиг в кристалле начинается при достижении внешнего напряжения величины предела текучести. Поскольку зерна в образце ориентированы относительно внешнего напряжения различно, то пластическая деформация развивается в металле неоднородно. В первую очередь деформируются те зерна, которые ориентированы таким образом, чтобы напряжение в их плоскости скольжения достигло величины напряжения сдвига. Форма зерна в результате многочисленных сдвигов изменяется. При этом, поскольку зерна взаимно связаны, происходит поворот соседних зерен, их ориентировка относительно внешнего напряжения изменяется и пластическая деформация начинается в тех зернах, в которых она не наблюдалась. Постепенно все зерна металла деформируются, их форма изменяется, зерна вытягиваются в направлении приложенного напряжения. В кристаллической структуре металла возникают дефекты.

В результате пластической деформации изменяются механические свойства металла: прочность увеличивается, пластичность металла уменьшается. Это явление называется наклепом.

Упрочнение металла при пластической деформации и уменьшение его пластичности ограничивает возможность деформации. Так, при волочении проволоки с уменьшением сечения при следующих проходах через фильеру возникают обрывы.

На рис. 5.2 показана зависимость прочности и пластичности латуни Л68 от степени пластической деформации. В качестве характеристики пластичности выбрано относительное удлинение 6%, т. е. отношение прироста длины разрушенного образца к его первоначальной длине в процентах. Степень пластической деформации оценивается по отношению.

где с.п.д. — степень пластической деформации; d₀ — диаметр проволоки до волочения; й_д — диаметр проволоки после волочения.

Упрочнение, вызванное предварительной пластической деформацией, можно снять нагревом деформированного металла. В процессе пластической деформации металл запасает энергию, поэтому состояние его является неустойчивым. Однако при низких температурах диффузия в металле не происходит, так как подвижность атомов в твердом теле мала. При нагреве металла подвижность атомов увеличивается, и, начиная с определенной температуры, возникают самопроизвольное зарождение новых, недеформированных зерен и их рост.

Этот процесс называется рекристаллизацией обработки, или первичной рекристаллизацией. Температуру, при которой начинается этот процесс, называют температурой начала рекристаллизации Т_нр. С повышением температуры выше температуры начала рекристаллизации образование и рост новых зерен продолжается вплоть до температуры конца рекристаллизации Т_кр. Температура начала рекристаллизации зависит от множества факторов. В первую очередь она связана с природой самого металла, для чистых металлов ее можно приближенно оценить по температуре его плавления, К:

где Т_Ш1 — температура плавления металла, Т_нр — температура начала рекристаллизации.

Рис. 5.2. Влияние степени холодной пластической деформации.

на твердость (HRB), прочность (о_в) и пластичность (6, %) латуни Л68.

На рис. 5.3 показана зависимость прочности и пластичности холоднодеформированного железа от температуры отжига. Пластичность и вязкость металлов и сплавов существенно зависит от размера зерна. В свою очередь размер зерна зависит от температуры рекристализационного отжига и степени предварительной пластической деформации. В процессе рекристаллизации обработки размер зерна обычно уменьшается по сравнению с исходным, так как происходит зарождение новых мелких зерен, которые не успевают вырасти к моменту окончания процесса.

С повышением температуры выше температуры конца рекристаллизации зерно продолжает расти. Особенно интенсивно это происходит в чистых металлах. На размер зерна оказывает влияние также степень предварительной холодной пластической деформации. Чем выше степень деформации, тем меньше размер рекристаллизованного зерна.

Температура рекристаллизации обработки является физической границей между холодной и горячей пластической деформацией.

Пластическая деформация ниже этой температуры является холодной. При этом возникает упрочнение металла — наклеп. Пластическая деформация при температурах выше температуры рекристаллизации называется горячей. При горячей пластической деформации наклеп непрерывно снимается процессом рекристаллизации. После горячей пластической деформации упрочнения металла не наблюдается.

Рис. 5.3. Влияние температуры отжига на прочность и пластичность холоднодеформированного металла.

Выбор температуры рекристаллизационного отжига определяется составом сплава и степенью холодной пластической деформации. Обычно она назначается на 50—100°С выше температуры конца рекристаллизации.

Вопросы для самоконтроля

• 1. Какую зависимость показывает кривая растяжения металла?
• 2. Посредством чего осуществляется пластическая деформация?
• 3. Как изменяются пластичность и прочность при пластической деформации?
• 4. Что такое рекристаллизация сплава? Когда она происходит ?
• 5. Чем можно снять упрочнение, вызванное пластической деформацией?