1.1 Строение металлов

Технические металлы являются поликристаллическими телами, состоящими из большого количества различно ориентированных зерен — кристаллитов дендридной формы (неправильной, ветвистой).

Кристаллит так же, как и монокристалл (отдельный кристалл данного металла), состоит из расположенных в опреде-

Таблица 1 Типы пространственных решеток у различных металлов

Тип решетки

Схема решетки

Металлы, которым свойственны данные типы решеток

Гранецентрирован-ная кубическая

Медь, железо, никель, алюминий, свинец, серебро

Объемноцентрирован-ная кубическая

Железо, хром, молибден, титан, вольфрам, ванадий, цирконий

Гексагональная плотно упакованная

Бериллий,магний, цинк, кадмий, титан

ленном порядке пространственных атомных решеток, именуемых кристаллическими [3, 8, 16, 34, 36, 37]. Кристаллы представляют собой совокупность атомов или молекул, определенно расположенных в пространстве. В зависимости от металла, температуры его нагрева и условий кристаллизации решетки бывают нескольких типов. Наиболее распространенные типы пространственных решеток приведены в табл. 1.

В расплавленном металле всегда имеется множество различно направленных центров кристаллизации. Кристаллиты при отвердении расплава растут, наталкиваются друг на друга, последнее прекращает их дальнейший рост. Между зернами с различным направлением решеток имеются границы в виде тонкого слоя атомов.

После отвердения всего расплава металл приобретает поликристаллическое строение.

1.2. Деформации поликристаллов в металле под действием внешних сил

Рис. 1 Пластическое деформирование монокристалла: а - исходное положение; б – деформация скольжением; в - деформация двойникованием.

Пластические деформации во многом зависят от типа пространственных решеток монокристаллов. Монокристалл пластически деформируется в основном вследствие: 1) скольжения или сдвига отдельных частей монокристалла по отношению к другим его частям по кристаллографическим плоскостям; в этих плоскостях атомы расположены наиболее густо; 2) двойникования (рис. 1), при котором одна часть деформированного кристалла переходит в положение, симметричное к другой части относительно плоскости, называемой плоскостью двойнико-вания. Новое положение части монокристалла является зеркальным отображением исход-ного.

Эти деформации в монокристалле или кристаллите могут происходить раздельно или совместно.

Экспериментально установлено, что процессы пластической деформации монокристалла и кристалла аналогичны. Однако деформация поликристаллического тела намного сложнее, так как в ней участвуют межкристаллитные прослойки и процесс

протекает при взаимном влиянии кристаллитов друг на друга. Под влиянием приложенных усилий возможно смещение одной части кристаллита по отношению к другой по плоскостям скольжения. Сдвиги в кристаллите воздействуют на смежные кристаллиты, вызывая в них также сдвиги, что в конечном итоге может вызвать перемещение одного кристаллита по отношению к другому по их границам. Одновременно возможно и обратное явление, когда перемещение одного кристаллита по отношению к другому вызывает сдвиги по плоскостям скольжения. Оба процесса перемещений кристаллитов необратимы.

Пластическая деформация тела, происходящая благодаря перемещению одного кристаллита по отношению к другому, называется меж кристаллит ной деформацией.

Пластическая деформация, происходящая по плоскостям скольжения, носит название внутрикристаллитной деформации.

При пластическом деформировании тела наблюдаются оба вида деформации.

Межкристаллитные перемещения понижают прочность металла, так как разрушаются отдельные ветви кристаллитов, что может привести к разрушению металла.

Одним из условий более высокой пластичности является преобладание внутрикристаллитной деформации.

Следует отметить, что внутрикристаллитные скольжения также имеют предел, после которого металл разрушается.

Прочность границ кристаллитов зависит от условий кристаллизации, величины зерен, количества и рода примесей.

Прочность по плоскостям скольжения определяется силами связи в кристаллической решетке, зависящей от рода атомов и типа решетки.

При пластической деформации наблюдается некоторая неоднородность процессов, вызванная неоднородностью металла, в результате чего в металле возникают внутренние напряжения.

При нагреве холоднодеформированного металла до некоторой заданной температуры в течение определенного времени происходит снятие значительной доли остаточных напряжений. Этот процесс называется возвратом.

Нагрев до более высоких температур, чем при возврате, вызывает рекристаллизацию. При рекристаллизации образуются новые центры кристаллизации и появляются новые зерна за счет обломков разрушенных кристаллитов.

Величина зерен, образующихся в процессе рекристаллизации, зависит от температурного режима (температуры и времени нагрева) и степени деформации металла, предшествовавшей рекристаллизации.