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

Силовые поля

Скорость движения дислокаций Дислокации движутся с определенными скоростями, величина которых для данного металла существенно зависит от величины действующих напряжений и температурных условий. Ф. Зейтц приводит данные, по которым при скорости Деформации ЫО"6 с"1 для монокристаллов чистых металлов сдвигающее напряжение, необходимое для начала пластической деформации, составляет десятые доли килограмма на 1 мм2, и отмечает, что при меньших скоростях деформации в металлах наблюдается малое и постепенное течение при любых сколь угодно малых на  грузках.. Это, очевидно, объясняется тем, что даже минимальные нагрузки при наличии тепловых флуктуаций способны вызвать направленное смещение дислокаций, а следовательно, и пластическую деформацию.
 По мере увеличения напряжения влияние тепловых флуктуаций на возможность смещения дислокаций уменьшается, и движение дислокаций, а также скорость их движения в основном определяются величинами действующих напряжений.
 Имеющиеся экспериментальные данные по изучению зависимости скорости движения дислокация от основных факторов пока ограничены, однако они показывают, что эта зависимость в первом приближении может быть представлена в виде экспоненциальной функции, где одис — скорость движения дислокации; i>0 — скорость звука в данном металле; А — константа материала; т — действующее касательное напряжение; Т — абсолютная температура.
Как следует из формулы (1.2), что получило и некоторое экспериментальное подтверждение, интенсивность увеличения скорости движения дислокаций уменьшается по мере увеличения напряжения, а скорость движения дислокаций асимптотически приближается к скорости звука.
Взаимодействие дислокаций
Как было отмечено ранее, в области дислокации атомы смещены из положений с минимумом потенциальной энергии, что соответствует возникновению поля напряжений, вызывающего увеличение потенциальной энергии в области дислокаций.
 Силовые поля дислокаций могут взаимодействовать с силовыми полями примесных атомов, и примесные атомы притягиваются к дислокациям. Причину этого притяжения можно донять, рассмотрев силовое поле краевой дислокации (см. рис. 1.11). Над плоскостью скольжения есть область сжатия, а под плоскостью скольжения — область растяжения. Атомы элемента, растворенного по способу внедрения, притягиваются к области растяжения, так как им легче разместиться среди более удаленных атомов (под дополнительной плоскостью). Атомы элемента, растворенного по способу замещения, притягиваются к области растяжения, если их размеры больше атомов основного металла, и к области сжатия, если они меньше. Такое размещение примесных атомов уменьшает потенциальную энергию, так как энергия итогового поля, имеющего место при слиянии силовых полей дислокаций и инородных атомов, будет меньше суммы энергий силовых полей, создаваемых дислокацией и инородными атомами.
 Таким образом, в результате диффузионных процессов дислокации оказываются окутанными облаком примесных атомов (облако Коттрелла). Напряжение, необходимое для начала движения таких дислокаций (для выведения их из облака Коттрелла), больше напряжения, требующегося для последующего движения дислокации. Разница в величинах этих напряжений тем больше, чем больше разница между энергией силового поля дислокации, окруженной инородными атомами, и суммой энергий силовых полей дислокации без инородных атомов и примесных (инородных) атомов без дислокации.
 Силовые поля дислокаций могут взаимодействовать не только с силовыми полями инородных атомов, но и между собой. Так, например, разноименные дислокации (положительные и отрицательные), расположенные в одной плоскости скольжения, притягиваются (и при слиянии уничтожаются), а одноименные дислокации отталкиваются. Дислокации, расположенные в пересекающихся плоскостях, также взаимодействуют и стремятся занять положение, соответствующее уменьшению потенциальной энергии кристаллической решетки. В ходе длительного отжига при достаточно высокой температуре дислокации могут смещаться, образовывая узлы или трехмерную сетку с ячейками приблизительно одинакового размера (сетка Франка) [111]. Объединившиеся краевые дислокации, «лишние» плоскости которых пересекаются, требуют для начала движения значительно больших напряжений, чем единичные краевые или винтовые дислокации. Подобные дислокации называют «сидячими».
 Наличие трехмерной сетки дислокаций в недеформированном металле создает препятствие началу смещения подвижных дислокаций, что приводит к увеличению предела упругости монокристалла.
 Кроме образования пространственной сетки дислокации (также с уменьшением общей энергии) могут образовывать так называемые стенки дислокаций, когда краевые дислокации одного знака, расположенные в параллельных плоскостях скольжения, выстраиваются одна под другой. Параллельные стенки дислокаций разной длины, расположенные на малом удалении друг от друга, приводят к разделению монокристалла на субзерна (блоки мозаики). Образование стенок дислокаций, приводящее к подразделению монокристалла на субзерна полигоны (многоугольники), называют полигонизацией. Для выстраивания дислокаций в стенку необходимо и движение, и переползание дислокаций, а следовательно, полигонизация термически активируемый процесс.
 Увеличение плотности дислокаций в процессе деформации может приводить к тому, что часть возникших дислокаций группируется, образуя новые пространственные сетки и стенки дислокаций, приводя, в частности, к увеличению углов разориентировки блоков мозаики. Последующее движение дислокаций, образовавших сетки и стенки, становится более затрудненным, и в то же время сетки дислокаций и границы блоков мозаики становятся препятствиями для движения через них других (подвижных) дислокаций.
 Однако не только пространственные сетки и стенки дислокаций оказывают сопротивление движению дислокаций. Значительное сопротивление движению дислокаций оказывают силовые поля, образованные примесными атомами, а также узлы пересечения плоскостей скольжения (вне зависимости от того, идет ли скольжение по обеим пересекающимся плоскостям или по одной из них). Последнее обстоятельство связано с тем, что в области пересечения плоскостей скольжения могут возникать угловые (сидячие) дислокации, силовое поле которых оказывает значительное сопротивление смещению подвижных дислокаций.
 Рост сопротивления движению дислокаций обусловлен также накоплением дислокаций одного знака у препятствий, что повышает энергетический потенциал в области препятствия, и рядом других причин, более детально рассмотренных в специальной литературе по дислокациям и др.
 Накопление дислокаций одного знака у препятствий может подавлять деятельность источников дислокаций, что уменьшает возможность появления подвижных дислокаций.
 Как было отмечено ранее, силовые поля примесных атомов являются препятствиями для движения дислокаций. Отсюда следует, что с увеличением количества примесных атомов сопротивление движению дислокаций, а следовательно, и сопротивление пластическому деформированию должно увеличиваться.
В то же время наличие подвижных дислокаций создает возможность последовательного смещения групп атомов в новые положения равновесия и уменьшает сопротивление по сравнению со случаем, когда скольжение осуществляется путем одновременного относительного смещения атомов параллельных плоскостей (без дислокационное скольжение). Отсюда следует, что существенное уменьшение числа дислокаций и источников их появления должно повысить сопротивление пластическим деформациям. Последнее подтверждается тем, что у полученных в естественных или искусственных условиях нитевидных монокристаллов, почти не имеющих дислокаций, сопротивление пластическим деформациям близко к теоретическому, рассчитанному из предположения об одновременном смещении атомов параллельных плоскостей. Отмечается, что совершенное  кристаллическое строение «усов» можно получить, если их поперечные размеры меньше длины звена сетки Франка, т. е. примерно меньше 1 мкм. Нитевидные монокристаллы используют при создании композитных материалов.
 В связи с вышесказанным представляет интерес приведенная А. А. Бочваром диаграмма, характеризующая качественную зависимость прочности монокристалла от количества имеющихся в ней искажений кристаллической решетки (рис. 1.22). Из диаграммы следует, что повышение прочности монокристалла относительно минимального его зн чения можно получить или путем увеличения количества искажений в решетке, или путем сведения этих искажений к минимуму. Первый путь — это легирование металла такими примесями, которые дают наибольшее (по величине и количеству) искажение кристаллической решетки и, следовательно, создают наибольшие трудности смещению дислокаций. Второй путь получение весьма чистых металлов, не имеющих искажений в кристаллической решетке, не только за счет устранения примесных атомов, но и за счет уменьшения количества или устранения дислокаций.




 
Яндекс.Метрика