Механизмы пластической деформации и деформационное упрочнение

В бездефектных кристаллах пластическая деформация происходит по механизму либо скольжения, либо двойникования.

Деформация скольжением происходит по плоскостям и направлениям максимальной плотности упаковки атомов. Сдвиги атомных плоскостей осуществляются аналогично сдвигу карт в колоде. Плоскость и направление, по которым происходит сдвиг, называются, соответственно, плоскостью и направлением скольжения. Плоскость скольжения и направление скольжения образуют систему скольжения. Чем больше в металле систем скольжения, тем выше его способность к пластической деформации.

Металлы, имеющие кубическую кристаллическую решетку, обладают высокой пластичностью. ГЦК-кристаллы имеют 12 систем скольжения, ОЦК-кристаллы – 48. Металлы с гексагональной плотноупакованной решеткой имеют меньшее количество систем скольжения – всего три, поэтому они менее пластичны и труднее поддаются прокатке, штамповке и другим способам деформации.

Вторым механизмом пластической деформации металлов и сплавов является двойникование. По сравнению со скольжением двойникование занимает второстепенное положение. Роль двойникования возрастает, если скольжение невозможно или сильно затруднено.

В реальных кристаллах, имеющих дефекты кристаллической решетки, пластическая деформация происходит по энергетически более легкому пути - за счет движения дислокаций. Движение дислокаций осуществляется за счет перегруппировки ближних к ней атомов. Влияние концентрации дислокаций на пластичность носит сложный характер. При небольших степенях деформации рост числа дислокаций облегчает деформирование. Дальнейшая деформация сопровождается лавинообразным увеличением плотности дислокаций и они начинают мешать взаимному движению, что приводит к снижению пластичности и упрочнению.

Способность металла к деформационному упрочнению называется наклепом или нагартовкой. Наклеп сопровождается образованием текстуры. При деформировании увеличиваются прочностные характеристики (твердость, предел прочности, предел текучести) и понижаются пластичность и ударная вязкость. Помимо этого возрастает удельное электросопротивление и химическая активность. Путем наклепа твердость и временное сопротивление удается повысить в 1,5 – 3 раза, а предел текучести – в 3 – 7 раз.

Упрочнение при наклепе широко используется при холодной обработке давлением. Так, наклеп поверхностного слоя деталей повышает сопротивление усталости – образованию трещин при многократном знакопеременном нагружении.

Дата добавления: 2014-01-05