Деформации и упрочнение металлов с позиций кристаллического строения

Пластическая деформация является результатом необратимых коллективных смещений атомов. В кристаллах эти смещения происходят, главным образом, путем движения дислокаций. Движущиеся дислокации разных типов выходят на поверхность, взаимодействуют друг с другом: вступают в реакции, тормозятся, аннигилируют, образуют сплетения и т.д. Реальная картина деформации весьма сложна и во многих случаях далеко не ясна. Она определяется структурой, составом материала и условиями ег деформации.

Границы зерен играют роль барьера для движения дислокаций, т.е. деформация не распространяется в соседнее зерно. Но при достаточной величине напряжений, которые возрастают у границ зерен, можно ожидать начало скольжения в соседнем зерне. Деформация будет охватывать более значительный объем поликристалла.

Упрочнением металла называется увеличение напряжения, необходимого для осуществления дальнейшей пластической деформации. На диаграмме одноосного растяжения образца упрочнение соответствует области, где наблюдается отклонение от закона Гука (здесь σ и ε – условные напряжение и относительная деформация).

Аналитические зависимости, описывающие кривые упрочнения, могут иметь различный вид.

Например:

где σ, A, B, m, n – эмпирические величины;

ε – скорость деформации.

Подобные указанным зависимости используют при моделировании процессов обработки металлов давлением.

Упрочнение. Существует два основных варианта дислокационных механизмов упрочнения.

1. Дислокации двигаются в области скольжения и встречают препятствия в виде границы зерна. Они скапливаются у границ и образуют области упругих искажений. Наличие этих областей препятствует дальнейшему размножению и движению дислокаций.

Таким образом, металлы, обладающие мелкозернистой структурой, имеют повышенную прочность.

2. Дислокации при пересечении образуют так называемые пороги дислокаций или точки закрепления. Скопление дислокаций (или «лес» дислокаций) вызывает появление области упругих искажений, которая также является препятствием. Это происходит, когда встречаются дислокации противоположного знака.

Существует прямо пропорциональная зависимость между плотностью дислокаций и напряжением сдвига.

Плотность дислокаций – количество дислокаций в 1 см² металла.

Примесные атомы и дефекты упаковки, вызывая упругие искажения решетки, также могут оказывать тормозящее действие на движение дислокаций.

Легирующие элементы, находящиеся в металле, образуют препятствия для движения дислокаций. При этом сопротивление движению дислокаций зависит от концентрации легирующего элемента.

Когда примесные атомы находятся на большом расстоянии друг от друга, дислокации могут проскакивать между ними (механизм Орована). В этом случае упрочнение металлов незначительное. При введении в металл большого количества легирующего металла примесные атомы находятся на близком расстоянии друг от друга. При движении дислокаций примесные атомы могут вовлекаться в движение дислокаций – в этом случае упрочнение также незначительное.

С этой позиции понятие оптимального легирования означает, что атомы легирующего элемента расположены на таком расстоянии, что дислокации «протискиваются» между ними и как бы застревают. При этом происходит упрочнение металла.

Дата добавления: 2014-01-05