Изменение свойств металла при пластической деформации

При пластической деформации металла (поликристалла) пластические и прочностные свойства металла претерпевают изменение. Внутри кристаллита дислокации, перемещаясь, встречают на своем пути другие дислокации. При их взаимодействии образуются неподвижные участки, которые для перемещения требуют большего усилия. Кроме того, на их пути возрастает количество других препятствий в виде субмикроскопических выделений частиц на плоскостях скольжения, наличия других фаз, легирующих добавок и пр. При деформации дробятся и разрушаются сами зерна, а также мостики межзеренного вещества, образовавшиеся обломки затрудняют пластическую деформацию, блокируют движение дислокаций. В результате всех этих процессов при пластической деформации происходит упрочнение металла, повышаются предел текучести, появляется наклеп. Важно подчеркнуть, что наклеп зависит от степени деформации и происходит одновременно с деформацией. Между актом деформации и появлением наклепа в металле никакого промежутка времени нет.

Процессы, происходящие в металле при деформации, легче всего наблюдать при растяжении образца на разрывной машине. ГОСТом закреплены форма и размеры стандартных образцов, подвергаемых растяжению. Полученные на них значения прочностных и пластических характеристик в совокупности образуют механические свойства данного металла. Практически для всех металлических материалов механические свойства являются обязательными эксплуатационными характеристиками. Уровень требований к механическим свойствам металлов и сплавов закрепляются ГОСТом или ТУ на поставку готовой продукции.

На рис. 8а приведена типовая кривая растяжения образца из малоуглеродистой стали, полученная на растяжной машине, на которой в процессе деформации записываются удлинение образца Dl = l₀ – l и усилие пресса Р.

В координатах «напряжение s = Р/F - относительное удлинение e» диаграмма растяжения имеет вид, показанный на рис. 8б. Первый ее участок характеризует упругую

s II

Р х В s_в х В s_в В

А А

s_s s_s

I

Dl 0,2% e e₁ e₂ e _пл

e_пл e_упр запас

e пластичности

Рис. 8. Кривые растяжения образца: а) полученная на растяжной машине,

б) перестроенная в координатах s - e, в) в координатах «напряжения –

пластическая деформация»

деформацию. Если образец разгрузить на этом участке, то он полностью возвратит свои первоначальные размеры. Напряжение s_s, при котором начинается пластическая деформация, называется пределом текучести. За пределом текучести на участке II наряду с упругой существует пластическая деформация. Если образец в точке А разгрузить, то образец укоротится на величину упругой деформации. Пластическая же составляющая деформации останется, поэтому ее называют также остаточной. Таким образом, общая деформация складывается из упругой и пластической составляющих:

e ₌ e_упр + e_пл.

Для большинства металлов и сплавов трудно выделить точку, в которой начинается пластическая деформация, поэтому предел текучести s_s трудно определить однозначно. Для определенности за предел текучести принимают точку, соответствующую 0,2 % остаточной деформации. Для обработки давлением, как правило, упругая составляющая не интересна, поэтому кривую растяжения образца еще раз перестраивают, откладывая по оси ординат только остаточную, то есть только пластическую деформацию e_пл (рис 8в). В дальнейшем индекс пл будем опускать, подразумевая, что мы всегда имеем дело только с пластической составляющей деформации.

Имея такую диаграмму растяжения, можно определить прочностные и пластические характеристики металла.

Показателями прочности являются предел текучести s_s и временное сопротивление s_в (напряжение, соответствующее началу разрушения образца).

Показателями формоизменения служат:

- степень деформации или относительное удлинение образца e = Dl / l и

- уменьшение площади поперечного сечения (относительное сужение) y = (F₀ –F)/F, где l₀ и F₀ – начальные, а l и F – текущие значения длины и площади поперечного сечения образца.

. Всю кривую от s_s до s_в можно трактовать как изменение предела текучести s_s металла в зависимости от степени пластической деформации e. В справочниках (например, [4]) можно найти такие кривые для многих конструкционных металлических материалов. На рис 9 приведены кривые упрочнения для некоторых материалов.

Значение пластической деформации, равное расстоянию от точки начала деформации по горизонтальной оси до разрыва образца, называется запасом пластичности металла. По мере пластической деформации запас пластичности постепенно расходуется, наклеп металла сопровождается снижением запаса пластичности. К примеру, в точке А часть запаса пластичности e₁ израсходована, и запас пластичности составляет e₂. Чтобы возвратить металлу первоначальные механические свойства, его необходимо отжечь, то есть нагреть до температуры выше А_С3 (в область аустенита) и медленно охладить.

Рис. 9 Кривые

наклепа некоторых

металлов и сплавов

Лекция 4

Дата добавления: 2014-01-07