Пластична деформація поверхневого шару

Невiдповiднiсть мiж реальною мiцнiстю кристалу i теоретичною, розрахованою на основi оцiнки сил взаємодiї мiж атомами кристалiчної градки, давно встановлена. Ця невiдповiднiсть є наслiдком наявностi в реальних кристалах дефектiв. Розрiзняють точковi, лiнiйнi, поверхневi i трьохвимiрнi дефекти кристалiв.

Точковi дефекти - малi недосконалостi у всiх напрямках - виникають внаслiдок наявностi в кристалi атомiв домiшок (рис.4.9,а) або утворення вакансiй (рис.4.9,б), тобто пустих мiсць у вузлах кристалiчної решiтки, незайнятих атомами. Лiнiйними є недосконалостi, малi у двох вимiрах, вiдносно поширенi в третьому напрямку. Поверхневi недосконалостi є малими лише в одному напрямку i значними в двох iнших вимiрах (границi зерен, мiжфазнi границi, поверхнi кристалу). Тривимiрнi недосконалостi - об'ємнi (пустоти, включення другоi фази i т.д.).

Кристали металiв звичайно складаються з великої кількості областей розмiром 1 мкм, розмiщених пiд кутом десятої долi градуса.

Цi областi з правильним розміщенням атомiв називаються блоками.

На границi мiж блоками упаковка атомiв викривлена (рис.4.9,в). До лiнiйних недосконалостей вiдносять дислокацiї (вклинювання) лишнiх або недобудованих кристалiчних площин (рис. 4.9 г).

Цi недосконалостi в бiльшiй мiрi визначають механiчнi властивостi кристалу.

При теоретичних розрахунках мiцності кристалiв звичайно припускають, що всi атоми розмiщенi у вiдповiдностi з кристалiчною структурою. При такiй будовi пластична деформацiя повинна бути розподiлена по всьому об'єму кристалу, так як всi ділянки кристалу одинаковi. В результатi можна було б припустити наявнiсть одночасного ковзання паралельних площин (подiбно зсуву карт в колодi). Всi атоми брали б участь в пластичнiй деформацiї, одночасно чинили б великий опiр деформацiї.

Рис. 4.9 Дефекти кристалічної градки

Однак в реальних кристалах ковзання проходить по кристалографiчних площинах, i пластична деформація зароджується на невеликих дiлянках, поступово поширюючись по всiй площинi. В будь-який момент часу в ковзаннi бере участь невелика кількість атомiв кристалiчної градки і, в результатi, ефективнiсть використання сил мiжатомних зв'язкiв виявляється дуже малою. На рис.4.10 показаний зсув реального кристалу. Перед початком ковзання кристал має правильну форму градки (рис. 4.10, а). Пiд дiєю напруги, прикладеної до однiєї iз сторiн кристалу, утворюється зсув, при цьому в кристалi на границi виникає лiнiйне порушення розмiщення атомiв, назване Тейлором дислокацiєю (рис.4.10,б). Подальше поширення зсуву можна уявити як рух дислокацiї через весь кристал.

Рис.4.10 Схема пластичної деформації по механізму дислокації

При виходi дислокацiї на другу сторону кристалу правильнiсть будови кристалiчної градки вiдновлюється, але одна половина кристалу виявляється зсунутою по вiдношенню до другої на одну мiжатомну вiдстань (рис.4.10, в). Вiдбувається елементарний зсув в кристалi, навколо дислокацiї створюється поле напруг. При пластичнiй деформацiї порушується правильнiсть кристалiчної градки i, внаслiдок цього, подальше ковзання затруднюється. Починаться ковзання по iншiй площинi i т.д.

Пластична деформацiя, при рiзаннi металiв, обумовлює змiну мiкро-структури. Невпорядковано розмiщенi у вихiднiй структурi кристалу кристалiчнi зерна при пластичнiй деформацiї набувають однорiдної орiєнтацiї (текстури). Бiльш глибокi змiни можливi при обробцi металiв, що пiдлягають гартуванню. В результатi високого поверхневого нагрiву, а також швидкого охолодження, можливi фазовi перетворення i структурнi змiни. Так, в процесi шлiфування гартованої i вiдпущеної сталi, утворюється шар аустенiтно-мартенситної структури iз повторно гартованого металу.

Мiкpоскопiчна неодноpiднiсть фiзико-механiчних властивостей хаpактеpна для будь-якого твеpдого тiла. В металах вона обумовлена анiзотpопiєю кpисталiв. Обpоблена повеpхня в зв'язку з особливостями її утвоpення вiдpiзняється незpiвнянно бiльшою неодноpiдністю як по хiмiчних, так i фiзико-механiчних властивостях. Крiм того, вона має багато мiкроскопiчних дефектiв у виглядi трiщин i пустот. Хоча подiбнi дефекти структури виникають в процесi утворення всiєї маси металу, кількість їх в поверхневому шарi зростає в результатi механiчної i теплової дiї при обробцi.

Дефекти структури можуть мати i атомний характер. Атоми кристалiчної градки металу неперервно здiйснюють безладнi коливання навколо положення рiвноваги з тим бiльшою амплітудою, чим вища температура. Для деяких атомiв ця амплітуда може стати настiльки значною, що атоми залишають свої мiсця в градці, порушивши тим самим кристалiчний порядок. При будь-якій температурi завжди наявна деяка кількість атомiв, що залишили своє стiйке положення в градці, створивши в нiй пустi мiсця. Цi "дiрки" являються дефектом будови твердого тiла, послаблюючи його мiцнiсть. Утворення дефектiв в структурi може бути також викликано стороннiми домiшками в металi.

Система дефектiв, слабких мiсць поверхнi деталi, є основою, на якiй, починаючи з самих малих деформацiй, розвиваються мiкротрiщини. Внаслiдок наявностi на поверхнi дефектних мiсць природньо очiкувати, що руйнування при тертi буде вiдбуватися саме в цих мiсцях, тобто процес зношення буде носити вибiрковий характер. В мiру зношення поверхнi слабкi мiсця будуть виникати знову.

Востаннє редаговано: Середа, 14 листопада 2007, 13:16. Версія: 2. Опубліковано: Середа, 7 листопада 2007, 11:00.

Дата добавления: 2013-12-14