3. Деформирование поликристаллов

При деформировании поликристаллов отсутствует стадия легкого скольжения, деформация зерен начинается сразу по нескольким системам скольжения и сопровождается изгибами и поворотами плоскостей сколь­жения. Пока общая деформация мала (порядка 1 %) зерна деформируются неоднородно в силу их разной ориентации по отношению к приложенным нагрузкам.

Изменения микроструктуры при деформировании сводятся к следую­щему (рис. 5.7).

С ростом степени деформации зерна постепенно вытягиваются в на­правлении пластического течения (см. рис. 5.7, в). Внутри зерен повы­шается плотность дефектов. При значительных деформациях образуется волокнистая структура, где границы зерен различаются с трудом (см. рис. 5.7, г).

При значительной деформации в металле появляется кристаллогра­фическая ориентация зерен, которая называется текстурой деформации. Текстура деформации — это результат одновременного деформирования зерен по нескольким системам скольжения. Она зависит от вида дефор­мирования (рис. 5.8), кристаллической структуры металла, наличия при­месей и условий деформирования.

При волочении возникают так называемые аксиальные текстуры, ко­гда определенное кристаллографическое направление оказывается парал­лельным оси проволоки для большинства зерен (см. рис. 5.8, б).

При прокатке получается более сложная текстура: параллельно плос­кости прокатки располагаются плоскость и направление решетки. Между направлением прокатки и направлением кристаллической решетки уста­навливается угол а (см. рис. 5.8, а). Текстура деформации делает металл анизотропным.

Р

Рис. 5.7. Изменение микроструктуры поликристаллического металла при деформации:

а - исходное состояние (е = О %); б - е = 1 %; в - е = 40 %; г - е — = 80 ... 90 %

ис. 5.8. Текстуры про­катки (а) и волочения (б):

1. - 1 - направление прокатки;

2. - 2 - ось текстуры; 3 - 3 - направление волочения

Рис. 5.9. Ячеистая структура наклепан­ного технического железа после 20 %-ной деформации. х20 000

Как было установлено при помощи электронно-микроскопических ис­следований, в наклепанных металлах появляется ячеистая тонкая струк­тура (рис. 5.9). Ячейки диаметром 0,25 - 3 мкм представляют собой сво­бодные от дислокаций участки; границы ячеек — это сложные перепле­тенные стенки дислокаций. Между собой ячейки разориентированы. У разных сплавов, естественно, имеются различия, которые зависят от хи­мического состава сплавов, степени деформации.

С увеличением деформации размеры ячеек сохраняются практически неизменными, увеличивается лишь плотность дислокаций в стенках ячеек.

4. Деформирование двухфазных сплавов

Каждая фаза имеет свои системы скольжения и свои критические на­пряжения сдвига, поэтому деформирование двухфазных сплавов оказыва­ется более сложным. Сохранение неразрывности вдоль поверхности раз­дела фаз при деформировании усложняет пластическое течение. При рав­ных условиях в двухфазных сплавах образуются более сложные текстуры деформации. Процесс деформирования в таких сплавах зависит не толь­ко от свойств второй фазы и ее содержания в сплаве, но и от характера распределения этой фазы в структуре. Если хрупкая вторая фаза распо­лагается в виде непрерывной сетки по границам зерен, то сплав окажется хрупким. Если такое же количество второй фазы разместится в виде от­дельных зерен в пластичной матрице — основе сплава, то сплав сохранит пластичность, а присутствие второй фазы проявится в упрочнении. ⁷

Особо важное значение имеет двухфазная структура, когда мелкие включения второй фазы равномерно расположены в пластичной матрице. Такой тип структуры получают термической обработкой (см. гл. 6), ме­тодами порошковой металлургии (например, частицы оксидов в металле) или иными способами.

Когда двигцугцаяся дислокация наталкивается на когерентные части­цы, то она их перерезает (рис. 5.10, а), если же дислокация встречает неко­герентные частицы, то она их проходит, оставляя дислокационную петлю вокруг,каждой частицы (рис. 5.10, б). В обоих случаях для перемещения дислокации требуется большее напряжение, чем в таком же металле без частиц вторых фаз. С повышением плотности размещения частиц, упроч­нение будет возрастать. При прохождении множества дислокаций через «полосу препятствий» с частицами второй фазы напряжение течения в первом случае окажется неизменным, а во втором — будет нарастать по мере увеличения числа дислокационных петель вокруг каждой частицы. Чем больше петель дислокаций одного знака, тем значительнее сила от­талкивания для приближающейся дислокации того же знака. Теоретиче­ское максимальное напряжение сдвига достигается при такой концентра­ции частиц, когда среднее расстояние между ними достигнет ~ 15 нм.

Рис. 5.10. Схемы перемещения дислокации в двухфазном спла­ве при перерезании частиц второй фазы (а), при образовании дислокационных петель (б):

А — ■ — А - плоскость движения дислокаций; 1 - 5 - последовательные стадии перемещения дислокаций

Основная масса промышленных сплавов имеет поликристаллическую структуру. Обработка давлением стала основой важных технологических процессов изготовления деталей и изменения свойств сплавов. В зависи­мости от температуры обработки и скорости деформирования различают пропессы холодного, теплого и горячего деформирования.

Холодное деформирование осуществляют при температурах не выше 0,ЗГ_пл.

Главное значение здесь имеют процессы упрочнения, обусловленные резким увеличением плотности дислокаций (до 10¹² см^-2) и ограничением их подвижности. Разупрочнение из-за поперечного скольжения винтовых дислокаций несущественно отражается на свойствах сплавов.

Теплое деформирование проводят при температурах (0,3 — 0,5)Т_ПЛ- Основными здесь являются процессы упрочнения, при одновременно иду­щих процессах разупрочнения — поперечное скольжение винтовых и пе­реползание краевых дислокаций.

Горячее деформирование осуществляют при температурах выше 0,6Г_ПЛ. В этом случае основную роль играют процессы разупрочнения, когда с большой скоростью развиваются динамический возврат, полиго- низация и рекристаллизация. Благодаря разупрочнению обеспечивается деформирование с большими степенями деформации за одну операцию. Упрочнение материала при деформировании выше 0,6Т_ПЛ можно сохра­нить лишь резким охлаждением, не дожидаясь снятия наклепа вследствие протекания процессов разупрочнения.