Пластическая деформация
Строение металлов
Холодная пластическая деформация монокристалла
Элементы теории дислокаций
Движение дислокации и пере ползание дислокации
Вектор Бюргерса
Возникновение и размножение дислокаций
Силовые поля
Холодная пластическая деформация поликристалла
Равенство деформаций
Упрочнение при холодной деформации
Кривые упрочнения
Влияние температуры и скорости деформации
Виды деформации при обработке металлов давлением
Влияние температуры на сопротивление деформированию
Влияние горячей деформации на свойства металла
Условие постоянства объема
Степень деформации и смещенный объем
Влияние скорости деформации на пластичность
Сверх пластичность
Напряжения
Напряжения в координатных площадях
Напряжения в наклонной площадке
Понятие о тензоре напряжений
Главные касательные напряжения
Диаграмма напряжений Мора
Условия равновесия для объемного напряженного состояния
Осесимметричное напряженное состояние
Плоское напряженное состояние
Малые деформации и скорость деформаций
Неразрывность деформаций
Однородная деформация
Условие пластичности
Смысл энергетического условия пластичности
Связь между напряжениями и деформациями
Механическая схема деформации
Схемы главных напряжений
Принцип подобия
Контактное трение
Характер нагрузки
Принцип наименьшего сопротивления
Неравномерность деформаций
Методы определения деформирующих усилий
Решение дифференциальных уравнений
Основы метода расчета деформирующих усилий
Метод линий скольжения
Свойства линий скольжения
Характеристики
Методы графического построения
Жесткопластическая схема
Связь полей линий скольжения с полями скоростей
Построение годографа скоростей
Понятие о методе верхней оценки
Метод сопротивления материалов
Метод баланса работ
Понятие о пластическом методе
Краткое сопоставление различных методов
Осадка
Удельное усилие
Осадка правильной призмы и цилиндра
Осадка полосы конечной длины
Неоднородность деформации при осадке
Толстостенная труба под равномерным давлением
Протяжка
Протяжка заготовки круглого сечения
Выдавливание
Удельное усилие деформирования
Объемная штамповка в открытых штампах
Удельное усилие деформирования заусенца
Элементы штамповки в закрытых штампах
Скручивание
Уравнения равновесия
Дальнейшее увеличение кривизны
Вытяжка

Холодная пластическая деформация поликристалла

 Общее остаточное формоизменение поликристаллического тела складывается из пластической деформации составляющих его зерен (изменения их формы и размеров) к их относительного смещения. В соответствии с этим различают внутрикристаллитную и межкристаллитную деформации поликристалла. Деформация отдельных зерен поликристалла осуществляется скольжением или двойникованием, как и для монокристалла. Однако наличие значительного количества зерен в поликристалле приводит к некоторым особенностям процесса его пластической деформации.
 Плоскости скольжения в отдельных зернах поликристалла произвольно ориентированы в пространстве. Разная их ориентировка приводит к тому, что при нагружении поликристаллического тела внешними силами пластическая деформация начинается не одновременно во всех зернах. В первую очередь пластическая деформация возникает в зернах с наиболее благоприятной ориентировкой плоскостей скольжения, т. е. такой, при которой последние совпадают с площадками действия наибольших по величине касательных напряжений, вызываемых данной системой сил. Остальные зерна деформируются упруго и могут получать лишь относительное смещение. При линейном растяжении и сжатии наиболее благоприятную для начала пластической деформации ориентировку имеют зерна, у которых плоскости скольжения расположены под углом 45° к направлению действия внешней силы. Внешним проявлением групповых сдвигов в наиболее благоприятно ориентированных зернах являются линии скольжения, наблюдаемые часто на поверхности деформируемого тела и обнаруженные Людерсом и Д. К Черновым. На рисунке видны линии скольжения, образовавшиеся на покрытой пленкой окислов поверхности заготовки в начальной стадии вытяжки.
 Так как первые сдвиги в зернах происходят в направлениях по которым в деформируемом теле действуют наибольшие касательные напряжения, то линии скольжения, выявляемые на поверхности поликристаллического тела, позволяют судить о направлениях максимальных сдвигающих напряжений,1 вызываемых в теле приложенными к нему силами. По мере увеличения деформирующих сил касательные напряжения, действующие в менее благоприятно ориентированных плоскостях скольжения, достигают величины, необходимой для начала пластической деформации, причем последняя начинает охватывать всевозрастающее количество зерен поликристалла. Нормальное напряжение при линейном растяжении или сжатии,- соответствующее включению в пластическую деформацию преобладающего большинства зерен металла, является пределом текучести.
 Разная направленность плоскостей скольжения, а следовательно, и разная направленность сдвигов в соседних зернах приводят к «надавливанию» одного зерна на другое. При этом на отдельных участках поверхности зерен повышается уровень действующих напряжений (как бы возникает концентрация напряжений). Участки поверхности зерен с повышенным уровнем напряжений при деформировании поликристалла становятся дополнительными источниками дислокаций, если локально действующие напряжения способны вызвать смещение одной части кристаллита относительно другой. Увеличение деформации сверх значения, соответствующего пределу текучести, приводит в поликристалле к тому, что зерна получают вытянутую форму в направлении наиболее интенсивного течения металла. Определенная ориентировка вытянутых в результате пластической деформации зерен называется полосчатостью микроструктуры. Соотношение между средними величинами наибольших и наименьших размеров зерен указывает на величину деформации зерен. Одновременно с изменением формы зерен в процессе деформации происходит поворот кристаллографических осей отдельных зерен в пространстве. По мере протекания пластической деформации разница в направлениях кристаллографических осей отдельных зерен уменьшается, а плоскости скольжения стремятся совместиться с направлением наиболее интенсивного течения металла. Это приводит к тому, что при значительной деформации возникает преимущественная ориентировка кристаллографических осей зерен поликристалла, называемая текстурой деформации . Возникновение текстуры приводит к анизотропии свойств поликристалла. Пластическая деформация металлов может сопровождаться направленной диффузией примесных атомов. Примесные атомы вызывают локальные изменения межатомных расстояний и, как было отмечено ранее, стремятся скапливаться вблизи дислокаций. Дислокации в своем движении способны увлекать за собой часть примесных атомов. Кроме того, примесные атомы, не связанные с дислокациями, также способны смещаться под действием деформирующих сил, проходя по вакансиям, и т.п. Таким образом, создается направленное перемещение (диффузия) атомов примеси в деформируемых зернах в направлении градиента напряжений. Это явление, названное диффузионной пластической деформацией, исследовали Г. В. Курдюмов и др.
 Явление диффузионной пластичности, так же как и скольжение, может приводить к остаточным изменениям размеров и формы зерен, которые возникают в результате смещения дислокации.
 Механизм диффузионной пластичности наиболее сильно проявляется в периферийных слоях зерен и по границам блоков мозаики. Этот механизм сопутствует скольжению. Его роль увеличивается при деформации с нагревом.
 Описанные выше процессы внутрикристаллитной деформации являются основными процессами, обусловливающими изменение формы поликристаллического металла. Межкристаллитная деформация в этом смысле играет значительно меньшую роль.
 Межкристаллитная деформация, как сказано ранее, выражается в относительном смещении зерен одного относительно другого. При этом на соотношение между внутрикристаллитной и межкристаллитной деформациями поликристалла оказывает влияние различие свойств металла внутри зерен и по их границам. На границе зерен существует переходный слой, в котором закономерность расположения атомов резко нарушается. Отсутствие закономерного расположения атомов в пограничных слоях зерен является следствием взаимодействия атомов смежных зерен, неправильности их формы и взаимного «надавливания» зерен при кристаллизации из расплава. Кроме того, при затвердевании рассплава по границам зерен скапливаются нерастворимые примеси. Таким образом, пограничные слои зерен отличаются от внутренних слоев физико-химическими свойствами. Отсутствие правильности строения металла в пограничных межзеренных слоях приводит к тому, что атомы в этих слоях не находятся в положениях, соответствующих минимуму потенциальной энергии. Отсюда следует, что их подвижность может быть больше, чем во внутренних слоях зерен, а их относительное перемещение (происходящее не по каким-либо определенным плоскостям) может требовать относительно меньших касательных напряжений. Однако возможность относительного смещения атомов в пограничных слоях не всегда больше, чем для внутренних слоев, в которых скольжение осуществляется перемещением дислокации.
 Смещение атомов в пограничных слоях зерен затрудняется наличием нерастворимых примесей и неправильной формой поверхности зерен, приводящей к их зацеплениям и заклиниваниям в процессе деформации.
 При межкристаллитной деформации возникают повреждения по границам зерен, ведущие при ее развитии к образованию микро а затем и макротрещин, что в конечном итоге может привести к разрушению поликристалла.
 Повреждения по границам зерен уменьшаются с уменьшением величины зерен, так как в этом случае облегчается вращение зерен (особенно равноосных).
 Значительная пластическая деформация может происходить в случае достаточно прочных границ зерен, когда межкристаллитные перемещения незначительны и играют второстепенную роль.
 Однако межзеренные перемещения могут играть и значительную роль в формоизменении тела, если возникающие повреждения границ зерен «залечиваются» полностью или в значительной степени в процессе деформации. Это явление наблюдается преимущественно при высоких температурах и будет разъяснено далее (стр. 59). Разная ориентировка плоскостей скольжения в зернах поликристалла, а следовательно, и разная величина упругой деформации, соответствующей началу пластической деформации отдельных зерен, приводят при разгрузке к возникновению остаточных напряжений второго рода. Заметим, что остаточные напряжения условно делят на три рода. Остаточные напряжения первого рода образуют силы, уравновешивающиеся между отдельными частями твердого тела (заготовки), остаточные напряжения второго рода — между отдельными зернами поликристалла и остаточные напряжения третьего рода — между отдельными группами атомов (например, дислокации). Механизм возникновения остаточных напряжений второго рода приближенно можно представить таким образом: упругая составляющая деформации в зернах с благоприятной ориентировкой плоскостей скольжения («слабые» зерна) меньше, чем в зернах с неблагоприятной ориентировкой плоскостей скольжения («сильные » зерна). При разгрузке упругое изменение размеров «сильных » зерен должно быть больше, чем упругое изменение размеров «слабых» зерен. Однако деформации зерен при разгрузке вследствие их взаимосвязи одинаковы.




 
Яндекс.Метрика