Вопрос 5

Пластическая деформация. Механизмы пластической деформации. Показатель упрочнения, его зависимость от механизма упрочнения, температуры и скорости деформации.

Механизмы поведения металлов описываются закономерностями их сопротивления пластической и упругой деформации. При приложении напряжений вызывающих деформацию, металл стремится сохранить кристаллическое строение, отвечающее минимуму энергии. Именно дислокации минимизируют искаженный объем, а остальной объем остается в состоянии правильного кристаллического строения.

Пластическая деформация является результатом необратимых смещений атомов, путем смещения дислокаций (скольжение и двойникование) при приложении к металлу определенных касательных напряжений. При этом она идет не одновременно во всех кристаллографических плоскостях и направлениях, а последовательно: в процесс скольжения постепенно вступают те плоскости и направления, которые наиболее благоприятно ориентированы. Конечным итогом является:

1) Сдвиг одних отдельных частей метала относительно других – скольжение.

2) Сдвиг и поворот в отдельных частях образца под определенным углом к направлению сдвига – двойникование.

В большинстве случаев металлы деформируются путем скольжения. Этот процесс является анизотропным – смещение атомных слоев происходит по определенным плоскостям и направлениям. Направление скольжения всегда лежит в плоскости скольжения, а их совокупность есть система скольжения.

Тип решетки	Направление скольжения	Плоскость скольжения
ГЦК	<110>	{111}
ОЦК	<111>	{110}{112}{123}
ГПУ	<11 0>	{0001}{ 100}{10 1}

Эти направления и плоскости являются наиболее плотноупакованными в каждой решетке, поэтому сдвиг идет легко. Чем меньше элемент смещения при скольжении, тем при меньших напряжениях происходит этот процесс.

З акон Шмидта – Боаса. Кристаллы металла начинают пластически деформироваться, когда приведенное напряжение сдвига (t*) достигает определенного значения.

Если ось растяжения перпендикулярна плоскости скольжения (x=90) то деформация скольжением отсутствует. При x и λ = 45, t* =0,5σ=max. Таким образом, в любом кристалле, для скольжения, величина касательного напряжения должна превзойти t*.

В деформированных металлах деформационное упрочнение наблюдается в результате холодной деформации: Холодная <(0.2-0.25) T_пл. Теплая < (0.5-0.6) T_пл. Горячая > (0.5-0.6) T_пл. Об упрочнении можно судить по виду кривых σ(Е), тк она сильно зависит от типа кристаллической решетки, чистоты металла, термообработок, характеристик испытательной машины.

Физический смысл Д.У. состоит в создании препятствий движению дислокаций, те сопротивлению пластической деформации. Главным препятствием являются искажения кристаллической структуры. Таким образом, упрочнение может быть достигнуто при создании структуры определяющей минимальную подвижность дислокаций. Чем труднее перемещаться дислокации в материале тем больше коэффициент деформационного упрочнения – характеризующий наклон кривой деформации. В процессе испытания он меняется и определяет геометрию диаграммы деформаций. Чем больше угол, тем выше коэффициент Д.У. те металл упрочняется быстрее, но в точке Б он прочнее.

Методы создания упрочненного состояния:

1) Взаимодействие дислокаций.

- Поля напряжений могут прекратить функционирование источника напряжений

- Взаимодействие дислокаций с их устойчивыми группировками (границы зерен)

- Пересечение дислокаций (плоскостей скольжений)

2) Взаимодействие дислокаций с атомами примесей.

- Атмосферы Котрелла Сузуки (сегрегации примесных атомов)

3) Взаимодействие дислокаций с частицами второй фазы.

Влияние различных атомов на упрочнение:

1) T_деф

- При холодной деформации происходит упрочнение от начала нагружения до разрушения. Увеличивается число дислокаций, как следствие растут внутренние и внешние напряжения.

- При горячей деформации Д.У., происходящее из-за роста количества дислокаций будет конкурировать с разупрочнением (из-за сокращения числа дислокаций и совершенствования дислокационной структуры в результате процессов возврата и рекристаллизации.

2) V_деф

При статическом нагружении она влияет на формирование структуры и упрочнение качественно так же как и снижение температуры

При всех температурах пластической деформации конкурируют процессы упрочнения и разупрочнения. При этом полнота протекания разупрочнения тем больше, чем длительней деформация, те чем меньше скорость, особенно сильно она влияет при высоких температурах.

Стадии скольжения при деформации монокристалла:

1 ) Стадия упругой деформации

2) Стадия легкого или одиночного скольжения. Дислокации скользят в основном в 1й системе, относительно беспрепятственно. Происходит достаточно большое удлинение без аметного роста напряжений.

3) Стадия множественного скольжения. При дальнейшей деформации растет число встреч и пересечений дислокаций. Растет число барьеров и препятствий движению. Усиливается эффект торможения. Для продолжения деформации дислокации должны либо прорывать, либо обходить барьеры, в основном они их обходят.

Переход к точке С: уровень напряжений достаточный для интенсивного поперечного скольжения достигается в этой точке.

4) К началу этой стадии, скольжение во всех системах затормаживается различными барьерами и начинается стадия интенсивно развитого поперечного сколжения.

Особенности кривых Д.У связаны с наличием границ зерен и их различной ориентировкой.

1) Коэффициент Д.У. и уровень напряжений у поликристаллов выше чем у монокристаллов.

2) Стадия легкого скольжения отсутствует ( чем меньше зерно, тем больше границ и выше коэф. Д.У.)

3) После некоторого удлинения кривые растяжения монокристалла и поликристалла примерно параллельны, те эффект Д.У. зависит от размера зерна только на начальной стадии деформации поликристалла.

Двойникование. Идёт, когда скольжение затруднено, те при низких температурах и высоких скоростях деформирования.

Тип решетки	Направление скольжения	Плоскость скольжения
ГЦК	<112>	{111}
ОЦК	<111>	{112}
ГПУ	<10 1><11 0><11 >	{10 2}{10 1}{11 2}

Обычно проходит в системах, где число систем скольжения минимально. После скльжения в металлах повышается плотность дислокаций и создается напряжение достаточное для зарождения двойников. Двойники в 1й плоскости не могут обеспечить достаточной пластической деформации, тк смещение идет один раз на доли межатомного состояния.

Вопрос 6.Макроскопическое разрушении,признаки хрупкого и вязкого разрушении.Микроскопические процессы разрушения,строение изломов. Макроскопическое разрушение(размеры зоны разрушения 1 см ≤) – развитие 1ой или многих трещин, нарушающих сплошность массивов в значительных объемах .Разрушение всегда начинается с микроскопического уровня и при определенных условиях становится макроскопическим. Микроскопическое разрушение( ≥1 мм) – образование микротрещин с последующим их накоплением . Вязкое разрушение(развивается мн-во микротрещин,которые позже сливаются в центральную трещину в шейке):-происходит после порядка десотков % пластической деформации; -медленное развитие трещин и высокая энергоемкость,т.к. пластическая деформация идет не только вблизи ее вершины, но по значительному объему детали или образц; -пластичная зона порядка 1 мм; -Vтр=Vдеф; - стадии:1)зарождение зародышевой трещины и, 2) ее рас­пространение; - а - срез(монокристалл с гп решеткой),излом-односторонний клин.Разрушение чистым сдвигом(вид напряжённого состояния, при котором на двух взаимно перпендикулярных площадках действуют только касательные напряжения.),разрыв по плоскости скольжения. б – сдвиг вдоль двух перпендикулярных плоскостей скольжения,пластичн.монокристалл с гцк ,шейка→острие(цилиднрич.образец); в – то же, шейка→лезвие(плоск.образ.) г - волокнистое разруш.,пластинч.сплав с грубыми частицами,трещины развиваются по межфазной пов-ти; д – «чашечный излом»в шейке образца

-Поверхность разрушения–матовая,неровная,со следами пласт.деформ. -зарождение трещин:1)у скоплений дислокаций,2)внутри хрупких включений. -Способ борьбы:уменьшение числа включений избыточных фаз,наложение всестороннего давления на растягиваемый материал; -На изломе:гладкая поверхность,ямки,вытянутые ямки

Хрупкое разрушение( -пластическая зона 1-10 мкм; -низкие наряжения; -V=Vзв; -пластич.деф→вязк.разруш→хрупк.разр.; -Хруп.трещ.распространяется вдоль кристаллограф.пл-ти с малыми индексами(оцк- {001}) -внутри- и межзереное;

-Часто распространяется только одна трещина; нужно ли?(-При межзеренном разрушении трещи­ на в однофазных материалах распространяется по поверхности границ зерен, а при наличии на границах второй фазы — вдоль межфазной поверхности или вдоль поверхности скола внутри включений) -Излом ступеньками(тк или пересекается фронт трещины винтовыми дислокациями или (нечасто) разрушение идет путем распространения одновременно несколь­ких параллельных трещин или появление зародышевой микротрещины в од­ной плоскости и ее постепенный переход в другую плоскость скола с образованием ряда уступов),блестящий(или цвет фаз)

Микроскопические процессы??

+Теория Гриффитса: в теле уже имеются трещины,которые в последствии будут развиваться Критерий Гриффитса позволяет определить критическую длину трешины, которая будет распространяться при действии на тело заданного напряжения S

где S-внешн.напряж,длина трещины 2с, у_S— удельная поверхностная энергия стенок трещин