5.2. Механизм пластической деформации

При обработке резанием лезвие инструмента воздействует на срезаемый слой, в результате чего в нем возникает сложное напряженное поле и происходят упругая и пластическая деформации. Упругая деформация незначительна по величине и не определяет деформацию срезаемого слоя. Последний переходит в стружку в результате пластической деформации, которая в случае достижения предельной величины заканчивается разрушением стружки, выражающимися образованием выступов и впадин на внешней поверхности стружки, а нередко и тем, что стружка в виде элементов отделяется от срезаемого слоя. В связи с тем, что материалы, подвергающиеся обработке резанием, являются чаще всего металлами, имеющими кристаллическое строение, необходимо рассмотреть механизм пластической деформации кристаллов.

Как известно, металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, т.е. состоят из зерен – монокристаллов. Хотя все зерна данного материала имеют почти одинаковое кристаллическое строение, однако относительное расположение кристаллических решеток в разных зернах различно. Пластическая деформация происходит главным образом за счет деформации зерен и лишь тогда, когда действующие силы создают в материале касательные напряжения, величина которых превышает критическую.

Пластическая деформация зерен в зависимости от условий: температуры, характера приложения нагрузки может происходить в одних условиях скольжением, а в других – двойникованием.

а б
Рис. 5.3. Пластическая деформация скольжением: (а - до деформации и б - после деформации).	Рис. 5.4. Пластическая деформация двойникованием

Пластическая деформация скольжением происходит путем сдвига соседних слоев материала по параллельным плоскостям 1-1, 2-2 и т.д. (см. рис. 5.3). При этом кристаллическое строение внутри самих слоев сохраняется. Толщина слоев составляет около 1 мкм, а расстояние между соседними слоями - 10^-4 мкм. Скольжение слоев происходит по кристаллографическим плоскостям с наиболее плотной упаковкой атомов в направлении, в котором расстояние между атомами кристаллической решетки минимально.

Пластическая деформация двойникованием происходит путем смещения атомов, расположенных в плоскостях, параллельных некоторой плоскости ОС (см. рис.5.4) на расстояния, пропорциональные расстояниям этих плоскостей от плоскости двойникования ОС. При этом деформированная часть монокристалла A₁B₁CO является зеркальным отражением недеформированной части A'B'СО. Двойникование наблюдается чаще всего при низких температурах и больших скоростях деформации.

Для того чтобы происходила пластическая деформация скольжением или двойникованием, необходимо приложить сдвигающую силу Т (см. рис 5.3., 5.4.). Если бы скольжение или двойникование происходили бы одновременно по всему монокристаллу или по всему сечению деформируемого тела, то, как показывают расчеты, необходимо было приложить силу, в 100...1000 раз превышающую реальную, измеренную в экспериментах. Было установлено, что несоответствие расчетной и реальной нагрузок, вызывающих пластическую деформацию, обусловлено наличием в реальных кристаллах дислокаций – отклонений от правильного кристаллического строения. На рис 5.5 показана так называемая краевая дислокация. Правильное кристаллическое строение нарушено, так как верхняя часть кристалла имеет дополнительную плоскость 4, в которой расположены атомы. Ниже плоскости А-А число кристаллографических плоскостей на одну меньше. В реальных кристаллах число дислокаций весьма велико и составляет 10⁷...10⁹ в см³. Дислокация создает вокруг себя напряженное поле, напряжения которого складываются с напряжениями, возникающими от внешней нагрузки. При достижении критического значения происходит движение дислокации в направлении результирующего напряжения. Движение дислокации в материале происходит аналогично движению гусеницы, которая постепенно перемещает вперед каждую часть своего тела. Движение дислокации заключается в том, что последовательно лишними кристаллографическими плоскостями становятся плоскости 5, 6, 7 (см. рис.5.5), и таким образом происходит перемещение верхней части монокристалла относительно нижней на одно межатомное расстояние.

Рис. 5.5. Краевая дислокация и ее перемещение