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

Строение металлов

Все металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. Последнее, как было отмечено ранее, характеризуется в целом закономерным и периодичным расположением атомов в пространстве, при котором каждый атом находится в идентичном окружении соседних К Рентгенограммы кристаллов показывают, что атомы в них расположены по прямым линиям и по плоскостям, и позволяют не только выявить взаимное расположение атомов в пространстве, но и определить расстояния между ними.
 Вследствие закономерного расположения атомов по плоскостям и по прямым линиям строение кристалла можно представить в виде трехмерной сетки из прямых линий, в точках пересечения (узлах) которых размещены атомы '(точнее, узлы являются центрами, относительно которых происходят тепловые колебания атомов, положения же узлов соответствуют положениям атомов при минимуме потенциальной энергии). Такую сетку можно считать состоящей из многогранников (параллелепипедов, призм и т. п.) одинаковой величины с соприкасающимися гранями. Любой многогранник этой сетки, например параллелепипед АБВГДЕЖЗ (если сетка состоит из параллелепипедов), путем переноса в любом из трех направлений (а, Ь, с) на определенное расстояние может быть полностью совмещен с любым другим параллелепипедом данной сетки.
 Наименьший многогранник, путем непрерывных переносов которого в основных кристаллографических направлениях можно построить всю пространственную сетку, называют элементарной ячейкой кристаллической решетки.
 Совокупность соприкасающихся гранями элементарных ячеек, расположенных в трехмерном пространстве, называется пространственной решеткой.
 Длины отрезков (а, Ь, с), определяющие минимальную величину смещения элементарной ячейки, необходимого для полного совмещения атомов данной ячейки с атомами соседней ячейки, называют параметрами решетки или периодами повторяемости. Взаимное расположение атомов в Ячейке полностью определяет расположение атомов в данной пространственной решетке.
 Различают простые пространственные решетки кристаллов, в которых атомы размещаются только в узлах решетки (только в вершинах основной элементарной ячейки), и сложные пространственные решетки, у которых внутри основных элементарных ячеек в одних и тех же местах также размещены атомы. Для описания строения кристаллов или же пространственной решетки кристаллов обычно выбирают систему координат, осями которой служат три прямые, проведенные из одной точки (узла решетки), совпадающие с основными узловыми прямыми кристалла (например, прямые, совпадающие по направлению с век торами), причем кристаллографическую систему осей выбирают в соответствии с симметрией кристалла. В системе кристаллографических осей форма элементарной ячейки пространственной решетки может быть описана с помощью трех координатных углов а, р, у между кристаллографическими осями и трех параметров решетки а, Ь, с. Типовые формы основных элементарных ячеек пространственных кристаллических решеток металлов приведены на рис. 1.3. Для элементарной ячейки кубических решеток — объемно-центрированной и гранецентрированной (рис. 1.3, б) характерно равенство углов а = Щ = у = 90° и равенство параметров решетки а — Ь = с. Для гексагональной плотноупакованной решетки (рис. 1.3, в) характерны значения углов а = == р = 90° и у = 120° и равенство только двух параметров решетки а = b Ф с.
 Приведенные три типа решеток свойственны большинству металлов. Объемно-центрированную кубическую решетку имеют, например, металлы а и (J-железо, литий, ванадий, вольфрам, молибден, хром, тантал; гранецентрированную кубическую решетку имеют металлы алюминий, у-железо, золото, медь никель, платина, свинец, серебро; решетку с гексагональными плотноупакованными ячейками, с тремя атомами внутри призмы (рис. 1.3, в) имеют металлы магний, цинк, бериллий, кадмий, кобальт, атитан. Для определения плоскостей, которые можно провести в элементарных ячейках пространственных решеток (следовательно, и в самих пространственных решетках), а также для определения кристаллографических направлений в кристаллографии принята система индексации. По этой системе для кубической решетки индексация плоскостей осуществляется тремя цифрами, заключенными в круглые скобки. Эти цифры представляют собой три взаимно простых целых числа, пропорциональных обратной величине отрезков, отсекаемых плоскостью на координатных осях, причем за единицу измерения отрезков принимают параметр решетки. На рис. 1.4 даны обозначения некоторых плоскостей кубической элементарной ячейки. В гексагональной элементарной ячейке индексацию плоскостей производят по обратным величинам отрезков, отсекаемых рассматриваемой плоскостью на четырёх кристаллографических осях, три из которых аг, а2 и а3 лежат в плоскости основания шестигранной призмы (в так называемой плоскости базиса), а четвертая с совпадает с осью призмы. На рисунке указаны также обозначения некоторых плоскостей в гексагональной ячейке. Знак минус над цифрой показывает, что плоскость отсекает отрезок на отрицательном направлении оси. Заметим, что обозначение отдельных плоскостей в элементарных ячейках кристаллографической решетки сохраняют одинаковым для всех плоскостей, проведенных в пространственной решетке, параллельных данной рассматриваемой плоскости.
 В пространственной решетке рассматривают также кристаллографические направления. В качестве прямой, определяющей направление какого-либо семейства параллельных прямых, обычно выбирают прямую, проходящую через начало координат. Вдоль этой прямой расположен ряд атомов, отстоящих один от другого на определенном расстоянии. Положение этой прямой в пространстве определяется координатами любого атома, на ней расположенного. Поэтому в качестве индексов направления берут три взаимно простых целых числа, пропорциональных координатам любого атома, лежащего на рассматриваемой прямой, причем за единицу измерения принимается параметр решетки (индексы направлений заключают в квадратные скобки). На рис. 1.6 дано схематическое изображение основных направлений в кубической элементарной ячейке и их обозначение.
 Взаимное расположение атомов на различных кристаллографических плоскостях различно, а также различна и величина межатомных расстояний по разным кристаллографическим направлениям. Так как свойства вещества (физические, химические и механические) зависят от взаимодействия атомов, то вследствие различия в расстояниях между атомами и их взаимном расположении свойства кристаллов неодинаковы по разным кристаллографическим направлениям. Различие свойств по разным направлениям называется анизотропией, которая характерна для кристаллического строения.
 В силу того, что процесс кристаллизации при затвердевании жидкого (расплавленного) металла идет одновременно в очень большом количестве центров кристаллизации, технический металл представляет собой не единый кристалл, а конгломерат зерен (кристаллитов) , форма, размеры и направление кристаллографических осей которых зависят от условий кристаллизации и последующей обработки. Такое строение называется поли кристаллическим. В каждом зерне наблюдается упорядоченное расположение атомов, соответствующее пространственной решетке данного металла, однако направление определенных кристаллографических плоскостей в различных зернах может быть различно. Металлы и сплавы представляют собой, как правило, поликристаллы.
 В каждом зерне поликристаллического металла наблюдается анизотропия. Однако вследствие разнообразной, беспорядочной ориентировки кристаллографических плоскостей в различных зернах поликристалл может иметь одинаковые свойства по разным направлениям и не обнаруживать анизотропии (когда размеры зерен значительно меньше размеров поликристалла и количество их весьма велико). Это обстоятельство во многих случаях позволяет рассматривать поликристаллическое тело как подобное изотропному, несмотря на анизотропию свойств отдельных составляющих его зерен (квазиизотропное тело). В отличие от поликристалла, тела, для всего объема которых характерно постоянство направления определенных кристаллографических плоскостей в пространстве (вне зависимости от внешней формы этого тела), называют монокристаллами.
 В настоящее время есть способы искусственно получать монокристаллы некоторых металлов настолько больших размеров, что из них можно изготовлять образцы для механических испытаний. Это в значительной степени облегчает изучение процесса пластической деформации. Зерна (кристаллиты) нельзя смешивать с кристаллами, наружные поверхности которых не произвольны, а оформлены в виде плоских граней, пересекающихся под определенными углами.
 Неправильность внешней формы зерен металла, а также различие в направлениях определенных кристаллографических плоскостей в смежных зернах приводят к тому, что пограничный слой в стыке между зернами имеет нарушения правильности взаимного расположения атомов и обычно насыщен примесями и неметаллическими включениями вследствие того, что в первую очередь кристаллизуются частицы металла, содержащие наименьшее количество примесей.




 
Яндекс.Метрика