1.1.9 Влияние пластической деформации на структурные свойства материалов
Пластическая деформация материалов связана с необратимым смещением атомов в его кристаллической решетке в результате чего часть кристалла сдвигается относительно друг друга (скольжение) или происходит перестройка одной из них в зеркально симметричную форму относительно неискаженной части (двойникование). Механизм скольжения наблюдается в ГЦК по плоскости (111) в направлении [110]; ОЦК в плоскости (110), (112), (123) и по направлению [111]. Плоскость скольжения и направление скольжения образуют систему скольжения. Чем больше число таких систем скольжения в кристаллах металла, тем выше его пластичность. Это число для ГЦК решеток 12, а для ОЦК – 48, поэтому металлы с ОЦК более пластичны (ОЦК – – Fe, Mo, V и др; ГЦК – – Fe, Cu, Al и др.)
В реальных кристаллах всегда есть дефекты структуры, например дислокации, которые ускоряют скольжение частей кристалла. Дислокации при плотности 107-108 см-2, участвуют в скольжении и в результате имеем пластическое течение материала, при этом дислокации выходят на поверхность с образованием видимых под микроскопом ступенек - линий скольжений, высота которой зависит от числа дислокаций вышедших вдоль данной плоскости скольжения из объема материала. Прочность материала зависит от плотности дислокаций нелинейно и имеет вид функции с минимумом (рисунок 1.12)
Рисунок 1.12 Схема зависимости сопротивления деформации от плотности дислокаций
Левая ветвь графика соответствует быстрому возрастанию прочности по мере снижения плотности дефектов. В практике это реально для тонких монокристаллических "усов” (тонких волокнах металла). Однако малые размеры усов и сложность их изготовления в настоящее время ограничивают их широкое использование в технике. Чаще всего их применяет как армирующие добавки композиционных материалов. Современные методы упрочнения материалов базируются на создании в материале состояния с максимальной степенью заторможенности дислокаций. К ним относятся наклеп, легирование, термическая, химико-термическая и термомеханическая обработки. В результате пластичной деформации увеличивается количество дислокаций до 1012 см-2, увеличивается внутреннее напряжение, изменяется межплоскостное расстояние.
Пластические деформации вызывают искажение в расположении атомов в решетке.
Упрочнение металла при холодной пластической деформации называется наклепом. Наклеп приводит к уменьшению коррозионной стойкости, увеличению электросопротивления),
Наклеп широко используется для увеличения прочности деталей, изготовленных методом холодной обработки давлением. Снижение пластичности при наклепе увеличивает обрабатываемость резанием пластичных материалов (латуней, сплавов алюминия и др.)
Пластически деформируемый металл - термодинамически неустойчивая система и она будет стремиться к уменьшению возникших при деформации изменений. Устранить наклеп можно нагревая металл.
В результате пластической деформации при горячей обработке деталей давлением металл приобретает волокнистую структуру и в процессе горячей деформации следует добиваться, чтобы расположение волокон совпадало с направлением главных усилий в деталях при работе. С увеличением степени деформации увеличивается прочность и понижается пластичность материала. Волокнистая структура приводит к анизотропии свойств.